KR100270469B1 - 연료전지발전장치 - Google Patents

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시게유키 가와츠
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와다 아끼히로
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Abstract

본 발명은 연료전지의 촉매피독, 산소전극의 전위 저하 등을 해소함과 함께 에너지효율을 향상시키기 위한 것으로서, 할로겐조(41)에서 제 1관로(33)를 통해 I2가, 수조(43)에서 제 2관로(34)를 통해 H2O가 각각 예비 반응조(30)에 공급되며, 또한 연료전지 스택(FC)으로부터의 열로 예비 반응조(30)가 가열되면, 예비 반응조(30)에서는 H2O + I2→ 2HI + (1/2)O2라는 반응이 발생한다. 이 2HI는 H2O에 용해된 상태로 제 4관로(36)를 통해 반응조(50)에 보내진다. 그리고, 연료전지 스택(FC)으로부터의 열로 반응조(50)가 가열되면, 반응조(50)에서는 2HI→H2+I2라는 반응이 발생하며, 이 H2와 I2의 혼합가스는 제 6관로(54)를 통해 수소가스 정제기(60)로 보내지며, 여기에서 H2가스로 정제된다. H2가스는 연료전지 스택(FC)의 수소가스 유로에 보내진다.

Description

연료전지 발전장치
제1도는 본 발명의 제 1실시예로서의 연료전지 발전시스템(1)의 개략구성을 나타내는 블록도.
제2도는 연료전지 스택(FC)의 셀 구조를 나타내는 구조도.
제3도는 연료전지 스택(FC)의 셀 구조를 나타내는 분해 사시도.
제4도는 연료전지 스택(FC)의 전체 구조를 나타내는 구조도.
제5도는 가스 생성장치(G)의 개략 구성도.
제6도는 예비 반응조(30)의 내부를 나타내는 개략 구성도.
제7도는 반응조(50)의 내부를 나타내는 개략 구성도.
제8도는 제 1실시예와는 다른 실시예인 가스 생성장치의 개략 구성도.
제9도는 본 발명의 제 2실시예로서의 연료전지 발전시스템(120)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제10도는 본 발명의 제 3실시예로서의 연료전지 발전시스템(130)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제11도는 본 발명의 제 4실시예로서의 연료전지 발전시스템(130)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제12도는 본 발명의 제 5실시예로서의 연료전지 발전시스템(150)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제13도는 전자 제어유닛(158)의 CPU에 의해 실행되는 냉각수 유로전환의 제어루틴을 나타내는 흐름도.
제14도는 제 5실시예와는 다른 실시예인 연료전지 발전시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제15도는 본 발명의 제 6실시예로서의 연료전지 발전시스템(160)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제16도는 제 6실시예인 가스 생성장치(G2)의 개략 구성도.
제17도는 본 발명의 제 7실시예로서의 연료전지 발전시스템(170)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제18도는 본 발명의 제 8실시예로서의 연료전지 발전시스템(180)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제19도는 전자 제어유닛(186)의 CPU에 의해 실행되는 배압 조정밸브 제어루틴을 나타내는 흐름도.
제20도는 본 발명의 제 9실시예로서의 연료전지 발전시스템(200)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제21도는 전자 제어유닛(208)의 CPU에 의해 실행되는 배압 조정밸브 제어루틴을 나타내는 흐름도.
제22도는 본 발명의 제 10실시예로서의 연료전지 발전시스템(220)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제23도는 본 발명의 제 11실시예로서의 연료전지 발전시스템(230)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제24도는 본 발명의 제 12실시예로서의 연료전지 발전시스템(300)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제25도는 본 발명의 제 13실시예로서의 연료전지 발전시스템(310)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제26도는 전자 제어유닛(319)의 CPU에 의해 실행되는 변환 루틴을 나타내는 흐름도.
제27도는 본 발명의 제 14실시예로서의 연료전지 발전 시스템(330)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
제28도는 전자 제어유닛(319)의 CPU에 의해 실행되는 변환 루틴을 나타내는 흐름도.
제29도는 본 발명의 제 15실시예로서의 연료전지 발전 시스템(350)의 개략 구성을 나타내는 블록도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 연료전지 발전시스템 3 : 연료가스 공급통로
5 : 냉각수 순환로 11 : 전해질
12 : 애노드 13 : 캐소드
14 : 세퍼레이터 14P : 수소가스 유로
15: 세퍼레이터 15P : 산소가스 유로
16, 17 : 집전판 20 : 샌드위치 구조
21 : 세퍼레이터 22, 23 : 냉각 플레이트
24, 25: 절연판 26, 27 : 엔드 플레이트
28 : 볼트 30 : 예비 반응조
31 : 덮개 32 : 용기
33 내지 37 : 제 1 내지 제 5관로 38 : 날개차
39a, 39b, 59a, 59b : 냉각 플레이트
41 : 할로겐 조 41a, 43a : 관로
42 : 펌프 43 : 수조
44 : 펌프 46 : 펌프
48, 49 : 펌프 50 : 반응조
51 : 덮개 54 : 관로
58 : 날개차 59a, 59b : 냉각 플레이트
60 : 가스 정제기 62 : 펌프
71 내지 78 : 밸브 90 : 순환펌프
92 : 냉각 플레이트 105 : 냉각수 순환로
120 : 연료 전지 발전 시스템 125 : 냉각수 순환로
125a : 제1 순환로 125b : 제2 순환로
129 : 히트펌프 130 : 연료 전지 발전시스템
132 : 분배기 134 : 관로
136 : 라디에이터 140 : 연료 전지 발전시스템
142 : 연료가스 배출통로 144 : 배압조정 밸브
150 : 연료 전지 발전시스템 151 : 유로 전환밸브
156 : 우회로 157 : 순환 펌프
158 : 전자 제어유닛 160 : 연료 전지 발전시스템
164 : 산소가스 공급통로 169 : 산소가스 정제기
170 : 연료 전지 발전시스템 172 : 응축기
174 : 송수통로 180 : 연료 전지 발전시스템
182 : 수소가스 배출로 182a : 제 1압력센서
182b : 제 1배압 조정밸브 184 : 산소가스 배출로
184a : 제 2압력센서 184b : 제 2배압 조정밸브
186 : 전자제어유닛 200 : 연료 전지 발전시스템
202 : 수소가스 배출로 204 : 배압 조정밸브
206a : 제 1 압력센서 206b : 제 2 압력센서
208 : 전자 제어 유닛 220 : 연료 전지 발전시스템
222 : 수소가스 배출로 223 : 산소가스 배출로
224 : 제 1 배압조정밸브 225 : 제 2 배압조정밸브
227a, 227b, 227c, 227d : 제 1압력센서 내지 제 4압력센서
229 : 전자제어유닛 230 : 연료 전지 발전시스템
232a : 제 1유량센서 232b : 제 2유량센서
300 : 연료 전지 발전시스템 302 : 가스버너
304 : 수소가스 배출로 306 : 관로
310 : 연료 전지 발전시스템 312 : 변환기
315 : 수소 저장탱크 317 : 가스버너
319 : 전자 제어유닛 330 : 연료 전지 발전시스템
332 : 가스버너 334 : 관로
336 : 전자밸브 350 : 연료 전지 발전시스템
352 : 수소가스 배출로 354 : 촉매 반응용기
356 : 송수통로 358 : 펌프
FC, FC2 : 연료전지 스택 G, G2 : 가스 생성장치
본 발명은 수소를 함유하는 반응가스의 생성장치와, 그 생성장치에서 반응가스의 공급을 받는 연료전지를 구비한 연료전지 발전장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
일반적으로, 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서 연료전지가 알려져 있다. 연료전지는 통상, 전해질막을 사이에 두고 한쌍의 전극을 배치함과 함께, 한 쪽 전극의 표면에 수소 연료가스를 접촉시키고, 또한 다른 쪽의 전극 표면에 산소를 함유하는 산소 함유가스를 접촉시키고, 이때 일어나는 전기 화학반응을 이용하여 전극간에서 전기 에너지를 얻도록 하고 있다.
연료전지에 공급되는 연료가스의 생성장치로서 메탄올을 수증기 개질하는 개질기가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허공개 평5-21079호에 나타낸 것). 이 개질기에 있어서의 메탄올의 수증기 개질은 다음과 같은 화학반응에 의해 이루어지고 있다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
Figure kpo00003
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
개질 반응 자체를 나타내는 화학식 3으로 알 수 있는 것과 같이, 수증기 개질에 의한 반응생성물의 몰비율은 이론적으로는 수소 3에 대하여 이산화탄소 1이고, 그 이외의 반응생성물은 생성되지 않는 것이다. 그러나, 현실에서는 반응이 100%이상적으로 실행되지 않기 때문에 반응의 부생성물로서 일산화탄소나, 반응되지 않았던 미반응 메탄올이 발생한다.
상기 일산화탄소는 연료가스를 공급하는 전극측의 전극촉매인 백금 또는 백금을 포함하는 합금에 흡착되어, 백금의 촉매로서의 기능을 정지시킨다. 이른바, 촉매의 피독상태(被毒狀態)를 발생시킨다. 한편, 메탄올은 전해질막을 투과하여 다른쪽의 전극에 도달하며, 여기에서 산소 함유 가스중의 산소와 반응하여 그 산소 전극측의 전위를 저하시킨다. 또한, 메탄올은 연료가스의 유로를 구성하는 금속제의 배관을 부식시키거나 또는 연료가스의 유로를 구성하는 플라스틱제의 배관을 용해시킨다.
또한, 현상태의 연료전지 시스템에 있어서는, 상기 일산화탄소나 메탄올에 기인하는 문제를 최소한으로 억제하도록 연료가스의 이용율을 60 내지 80[%]이라는 낮은 이용율로 운전을 행하는 것이 일반적이다. 이 때문에 연료전지 발전장치는 에너지효율이 나쁘다는 문제점도 초래하고 있었다.
본 발명의 연료전지 발전장치는 이것들의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 연료전지의 촉매피독, 산소전극의 전위저하등을 해소함과 함께 에너지효율을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.
[발명의 구성 및 작용]
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 이하에 나타내는 구성을 취하였다.
즉, 본 발명의 연료전지 발전장치(이하, 기본구성의 연료전지 발전장치라고 칭함)는, 수소를 함유하는 반응가스를 생성하는 가스 생성수단과, 촉매를 담지한 전극에 반응가스의 공급을 받아, 그 반응가스의 전기화학 반응에 의해 기전력을 얻는 연료전지와, 상기 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 상기 연료전지로 보내는 반응가스 공급로를 구비하는 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단은, 열을 발생하는 발열수단과, 할로겐과 물을 반응시켜 생성되는 할로겐화 수소산을 할로겐화 수소산 분해촉진 촉매와 함께 수용하며, 상기 발열수단에서의 열을 받아 열분해 반응을 일으키는 반응조를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
본 기본구성의 연료전지 발전장치에 의하면, 발열수단에 의해 반응조가 가열되면, 할로겐화 수소산 분해 촉진촉매를 이용한 열분해반응이 일어나지 않게 되고, 할로겐화 수소산에서 산소와 수소가 생성된다. 이 수소는 반응가스로서 연료전지에 공급된다. 열분해 반응에 의하면 원리적으로 수소와 산소만이 발생되어, 일산화탄소나 메탄올이라는 전지기능 저하의 한 요인으로 되는 부생성물을 생성하지 않기 때문에 연료전지의 촉매피독, 산소전극의 전위저하등의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 상술하였듯이 부생성물을 생성하지 않기때문에 연료전지에서의 수소가스의 이용율을 100[%]로 할 수 있으며, 에너지효율을 높일 수 있다.
상기 기본구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 상기 발열수단에 전달하는 열전달 수단을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
본 구성(이하, 제 2구성의 연료전지 발전장치라고 칭함)에 의하면, 연료전지에서 발생하는 열을 이용하여 발열수단을 발열시키는 것으로, 반응조는 가열되는 것이기 때문에 반응조를 가열하기 위한 전기 히터등의 특별한 가열수단을 필요로 하지 않는다. 따라서, 부품 개수를 저감하여 장치의 간략화를 도모할 수 있으며, 또한, 에너지효율의 점에서도 우수하다. 또한, 연료전지의 발전량에 따라서 연료전지의 발생열량이 변화하는 것이기 때문에, 연료전지의 발전량에 따라서 가스 생성수단의 가스 발생량을 자율적으로 피드백 제어할 수 있다.
또한, 상기 구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 연료전지는 상기 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생온도보다도 높은 온도로 운전되도록 구성되며, 또한, 상기 연료전지의 주위에 설치되어 냉각수를 흘려 보내는 냉각수 유로를 구비함과 함께 상기 열전달 수단은, 상기 냉각수 유로에 접속되어, 상기 냉각수를 상기 냉각수 유로와 상기 발열수단과의 사이에서 순환시키는 순환수단을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
본 구성에 의하면, 연료전지의 운전온도는 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생온도보다도 높은 온도로 되며, 연료전지의 주위에 설치된 냉각수 유로를 흐르는 냉각수가 발열수단에 보내지기 때문에 연료전지의 배출열에 의해 반응조를 충분히 가열하는 것이 가능하다. 이 때문에 연료전지에 통상 구비되는 냉각수 유로는 기존의 구성을 그대로 사용할 수 있으며, 보다 한층 장치의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 제 2구성에 있어서, 상기 연료전지는 상기 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도로 운전되도록 구성되며, 상기 열전달 수단은 상기 연료전지로부터의 열을 상기 열분해 반응의 발생온도보다 높은 온도로 승온시키는 열량 증대수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성에 의하면, 연료전지의 운전온도는 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도이지만, 연료전지로부터의 열이 열량증대 수단에 의해, 열분해 반응의 발생 온도보다 높은 온도로 승온되어 발열수단에 전달되기 때문에 연료전지로부터의 열을 이용하여 반응조의 가열이 가능하게 된다. 따라서, 연료전지에서 발생된 열을 이용할 수 있으며, 에너지 효율의 점에서도 우수하다.
상기 구성에 있어서, 상기 연료전지의 주위에 배치되어 냉각수를 흘려 보내는 냉각수 유로를 구비함과 함께, 상기 열전달수단은, 상기 냉각수 유로에 접속되어, 상기 냉각수를 상기 열량 증대수단을 통해 상기 발열수단으로 보내는 제 1유로와, 상기 열량 증대수단을 우회하여, 상기 냉각수를 상기 냉각수 유로로부터 상기 발열수단에 보내는 제 2유로와, 상기 연료전지의 운전시와 정지시를 판별하는 판별수단과, 상기 판별수단에 의해 상기 연료전지의 운전시가 판별된 때 상기 제 1유로를 개방하며, 상기 연료전지의 정지시가 판별된 때, 상기 제 2유로를 개방하는 제어수단을 구비한 구성으로 하여도 좋다.
상기 구성에 의하면, 판별수단에 의해 연료전지의 운전시라고 판별되면, 제어수단에 의해 제 1유로가 개방되며, 냉각수는 가열수단에 의해 가열되어 제 1유로로부터 발열수단으로 보내진다. 한편, 판별수단에 의해 연료전지의 정지시라고 판별되면, 제어수단에 의해 제 2유로가 개방되어 냉각수는 그대로 제 2유로로부터 발열수단으로 보내진다. 이때문에 연료전지의 정지시에는 연료전지의 냉각수가 가열수단을 거치는 일없이 발열수단에 직접 공급되지만, 이 냉각수는 반응조에서의 열 분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도이기 때문에 반응조가 냉각되며, 가스생성수단에서의 반응가스의 생성이 빠르게 정지된다. 따라서, 연료전지로부터의 열을 이용한 반응조의 가열을 가능하기 때문에 연료전지의 정지시에 반응가스의 발생을 빠르게 정지시킬 수 있다.
제 2구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 연료전지는, 상기 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도로 운전되도록 구성되며, 또한, 상기 연료전지의 주위에 배치되어 냉각수를 흘려 보내는 냉각수 유로와, 상기 연료전지의 정지시를 판별하는 판별수단과, 상기 판별수단에 의해 상기 연료전지의 정지시가 판별된 때, 상기 냉각수 유로의 냉각수를 상기 발열수단으로 보내는 배송수단을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
본 구성에 의하면, 연료전지의 운전온도는 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도로 되며, 또한 연료전지의 정지시에는 연료전지의 냉각수가 배송수단에 의해 발열수단으로 배송되는 것이기 때문에 반응조가 냉각되며, 가스 생성수단에서 반응, 가스의 발생이 빠르게 정지된다. 따라서, 연료전지의 정지시에 가스 발생을 빠르게 정지시킬 수 있다.
상기 구성의 연료전지 발생장치에 있어서, 상기 연료전지의 정지시에, 상기 냉각수 유로의 냉각수를 상기 반응조에 수용하는 할로겐화 수소산을 생성하는 재료를 저장하는 저장조의 주변으로 보내는 수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성에 의하면, 연료전지의 운전온도는 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도로 되며, 그 상태에서 연료전지의 정지시에 연료전지의 냉각수가 발열수단에 가해지며, 반응조에 수용하는 할로겐화 수소산을 생성하는 재료를 저장하는 저장조의 주변에 보내진다. 그때문에 반응조에 가해져서 반응조에 수용되는 할로겐화 수소산을 생성하는 재료가 냉각되며, 가스 생성수단에서 반응가스의 발생이 보다 한층 빠르게 정지된다. 따라서, 연료전지의 정지시에 가스 발생을 보다 빠르게 정지시킬 수 있다.
또한, 상기 기본구성 또는, 제 2구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 연료전지의 전극에 공급된 반응가스를 상기 연료전지로부터 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 폐쇄하는 폐쇄수단을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
기본구성의 연료전지 발전장치에서는, 원리적으로 수소와 산소만이 발생되어 부 생성물은 발생되지 않기 때문에 연료전지에서의 가스 이용율을 100[%]로 하여 운전하는 것이 가능하다. 이 때문에 상기 구성에 나타내듯이 연료전지의 반응가스 배출로를 폐쇄수단에 의해 폐쇄한 상태에서 운전할 수 있다. 부하가 증대하고, 연료전지의 출력이 증대한 경우를 고려해 보면, 이 경우 연료전지에는 발전을 위해 보다 많은 반응가스가 필요로 된다. 연료전지의 연료가스 배출구는 폐쇄수단에 의해 폐쇄되어 있기 때문에 가스 생성수단에서 연료전지에 이르는 반응가스 공급로내의 수소가스가 소비되어 가스압력이 저하된다. 가스 생성수단의 압력이 저하되기 때문에 가스 발생수단에서 발생되는 가스량도 증대한다. 이와같이 연료전지의 출력 증가에 대응하여 가스 발생량도 증대된다.
반면, 부하가 감소되고, 연료전지의 출력이 감소되는 경우에는 연료전지에는 발전을 위해 필요한 반응가스가 감소된다. 연료전지의 반응가스 출구는 폐쇄수단에 의해 폐쇄되어 있기때문에 가스 생성수단에서 연료전지에 이르는 반응가스 공급로 내의 수소가스는 소비되지 않고, 가스압력이 상승된다. 가스 생성수단의 압력이 높게 되기때문에 가스 생성수단에서 발생하는 가스량도 저하된다. 이와같이 연료전지의 출력감소에 대응하여 가스 발생량도 감소된다. 따라서 가스 생성수단과 연료전지와는 연휴 제어되는 일없이 상호 열의 수지에 의해 자율적으로 연휴운전을 실현할 수 있다.
기본구성 또는 제 2구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 연료전지에서 전기화학반응에 따라서 발생하는 수증기를 응축하여 물을 회수하는 물 회수수단과, 상기 물 회수수단에 회수된 물을 상기 할로겐화 수소산을 생성하는 재료로서 이용하는 물 이용수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
연료전지는, 일반적으로 발전에 따른 캐소드측 전극으로 수증기를 발생하기 때문에, 상기 구성의 연료전지 발전장치에서는 물 회수수단에 의해 그 수증기를 응축하여 물을 회수하며, 그 물을 상기 할로겐화 수소산을 생성하는 재료로서 물 이용수단에 의해 이용한다. 이때문에 반응조측에서 보면 재료가 연료전지의 운전에 따라서 차례로 보급되기 때문에 물을 저장하는 수조가 소형으로 이루어질 수 있으며, 또한, 물의 저장량도 적게 될 수 있다. 연료전지에서 보면, 캐소드측의 잔여가스를 그대로 배출하면, 대기로 방출된 잔여가스가 하얀연기를 일으키게 되지만 이러한 현상을 방지할 수 있다.
기본구성 또는 제 2구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 할로겐을 저장하는 할로겐조와, 물을 저장하는 수조와, 상기 할로겐조와 수조에서 할로겐과 물을 각각 상기 반응조로 보내는 송출수단을 구비하며, 상기 발열 수단은 상기 반응조의 부근에 설치되고, 또한 상기 가스 생성수단은 상기 반응조에서 발생되는 가스에서 수소를 정제하는 수소 정제수단을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
본 구성의 연료전지 발전장치(이하, 제 3구성의 연료전지 발전장치라고 칭함)에 의하면, 송출수단에 의해 할로겐조에서 할로겐이 수조에서 물이 각각 반응조에 공급되고, 반응조에는 할로겐과 물을 반응시켜 얻어지는 할로겐화 수소산이 수용된다. 이 반응조가 발열수단에 의해 가열되면, 그 할로겐화 수소산이 할로겐화 수소산분해 촉진촉매를 이용하여 열분해되어 수소와 할로겐가스의 혼합가스가 발생한다. 이 혼합가스는 수소 정제수단에 의해 정제되며, 수소만이 생성된다. 이 때문에 상기 연료전지 발전장치에서는 할로겐과 물을 원료로 하는 열분해 반응을 용이하게 실행할 수 있다.
상기 구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 상기 할로겐조 또는 수조에 전달하는 수단을 구비하는 구성으로 할 수도 있다.
본 구성에 의하면, 연료전지에서 발생하는 열로서 할로겐조 및 수조가 가열되는 것이기 때문에, 할로겐화 수소산을 생성하는 재료인 할로겐이나 물을 저장하는 할로겐조 및 수조를 예비가열하기 위한 전기히터등의 특별한 가열수단을 필요로 하지 않는다. 열분해 반응에서는 가열할 필요가 있지만, 반응조에 상온의 물을 그대로 공급하면, 반응조의 온도가 저하되거나, 온도가 안정되지 않기 때문에 미리 수조나 할로겐조를 가열하여 두며, 승온이 끝난 물이나 할로겐을 반응조에 공급하는 수법이 적당하다. 이 때문에 전기히터등의 특별한 가열수단을 필요로 하지만, 상기 구성에 의하면, 가열수단이 불필요하게 되며, 장치의 구성을 간략화할 수 있으며, 또한 가열수단용의 에너지가 불필요하기 때문에, 에너지효율을 높일수 있다.
상기 제 3구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단은, 상기 반응조에서 발생되는 가스에서 산소를 정제하는 산소 정제수단을 구비하며, 또한 상기 산소 정제수단에서 정제된 산소를 상기 연료전지로 보내는 산소가스 공급로를 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성의 연료전지 발전장치(이하, 제 4구성의 연료전지 발전장치라고 칭함)에서는 반응조에 의해 얻어지는 수소외에 산소도 연료전지에 공급되는 것이기 때문에 장치전체의 에너지 효율의 점에서 우수하다.
상기 구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단으로부터 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 가스생성수단으로부터 상기 산소가스 공급로를 통해 산소가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 산소가스의 잔여분을 배출하는 산소가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 1밸브체와, 상기 산소가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 2밸브체와, 상기 반응가스 배출로안의 가스압을 검출하는 제 1압력센서와, 상기 산소가스 배출로안의 가스압을 검출하는 제 2압력센서와, 상기 제 1압력센서에서 검출된 가스압과 상기 제 2압력센서에서 검출된 가스압과의 압력차를 구하는 산출수단과, 상기 제 1밸브체 및 제 2밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해 상기 산출수단에 의해 구해진 압력차를 미리 정해진 소정값으로 제어하는 제어수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성의 연료전지 발전장치에 의하면, 제어수단에 의해 제 1밸브체와 제 2밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해, 산출수단에 의해 구해진 반응가스 배출로중의 가스압과 산소가스 배출로중의 가스압과의 압력차가 소정값으로 제어된다.
연료전지에서는 발전에 따라 애노드에서는 수소를 소비하며, 캐소드에서는 산소를 소비한다. 이때 소비되는 수소와 산소의 비율은 몰비로 2:1이다. 이것에 대하여 반응조에 있어서의 열분해 반응에 의해 발생되는 수소와 산소의 비율은 몰비로 2:1이다. 따라서 이론대로 라면, 가스 생성수단에서 생성된 수소, 산소를 그대로 연료전지에 접속하면, 가스가 과부족없이 소비된다. 그러나 현실에서는 연료전지, 가스 생성수단 모두 각각의 부위에서의 수소, 산소의 가스압력이 다르거나, 수소 공급로와 산소 공급로와의 배관내부의 용적이 달라서 필히 상술한 것과 같이 단순하게 가스 생성수단에서 생성된 수소, 산소를 그대로 연료전지로 공급하면, 가스가 과부족없이 소비되는 일은 없다.
본 구성의 연료전지 발전장치는 상기 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 상술하듯이 반응가스 배출로중의 가스압과 산소가스 배출로중의 가스압과의 압력차를 소정치로 제어하는 것에 의해, 반응가스, 산소가스의 양측 계통의 가스유량을 제어하는 것에 의해, 가스 생성수단에서 생성된 수소, 산소의 각각을 과부족없이 연료전지에서 소비시킬 수 있다. 따라서, 장치전체의 에너지효율을 높일수 있다. 또한, 수소와 산소의 가스 계통간에 일정 이상의 압력차가 발생되지 않기때문에 장치의 안전성이 향상된다.
제 3구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단에서 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 밸브체를 구비함과 함께, 상기 수소 정제수단은 수소를 선택적으로 투과하는 여과막을 구비하며, 또한 상기 여과막의 전후 압력차를 검출하는 압력차 검출수단과 상기 밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해 상기 압력차 검출수단에 의해 검출되는 압력차를 미리 정해진 소정 범위내로 있게 하는 제어수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성의 연료전지 발전장치에 의하면, 제어수단에 의해 밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해, 압력차 검출수단에 의해 검출되는 압력차, 즉, 수소 정제수단 여과막의 전후의 압력차를 제어수단에 의해 미리 정해진 소정 범위내로 유지한다. 일반적으로 여과막에 의한 수소 정제수단의 수소 정제량은, 여과막 양측의 압력차에 의존하고 있으며, 상기 구성과 같이 그 압력차를 소정 범위내로 유지하는 것에 의해 수소 정제량을 일정하게 할 수 있다. 따라서, 가스 생성수단에 있어서, 배관내부의 압력이 변동되거나, 연료전지측의 배관내부의 압력이 변동되거나 하여도, 항상 원하는 양의 수소를 연속 또한 안정하게 생성할 수 있다.
제 4구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단에서 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 가스 생성수단에서 상기 산소가스 공급로를 통해 산소가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 산소가스의 잔여분을 배출하는 산소가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 1밸브체와, 상기 산소가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 2밸브체와, 상기 수소가스 정제수단의 출구측 유로중의 가스유량을 검출하는 제 1센서와, 상기 산소가스 정제수단의 출구측의 유로중의 가스유량을 검출하는 제 2센서와, 상기 제 1밸브체 및 제 2밸브체의 개방도를 각각 조정하는 것에 의해, 상기 제 1센서에서 검출되는 유량과 상기 제 2센서에서 검출되는 유량과의 비율을 상기 연료전지에서 소비되는 수소와 산소와의 비율로 일치시키는 제어수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성의 연료전지 발전장치에 의하면, 제어수단에 의해 제 1밸브체와 제 2밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해 수소가스 정제수단의 출구측의 유로중의 가스유량과 산소가스 정제수단의 출구측의 유로중의 가스유량과의 비율이 연료전지에서 소비하는 수소와 산소와의 비율에 일치되도록 제어된다.
연료전지에서는 발전에 따라 애노드에서는 수소를 소비하며, 캐소드에서는 산소를 소비한다. 그 때에 소비되는 수소와 산소의 비율은 몰비로 2:1이다. 이것에 대하여 반응조에서의 열분해 반응으로 방생되는 수소와 산소의 비율은 몰비로 2:1이다. 따라서, 이론대로 라면, 가스 생성수단에서 생성된 수소, 산소를 그대로 연료전지로 접속하면, 가스가 과부족없이 소비된다. 그러나, 현실로는 연료전지, 가스 생성수단 모두 각각의 부위에 있어서의 수소, 산소의 가스 압력이 다르거나, 수소 공급로와 산소 공급로와의 배관내부의 용적이 달라서 필히 상술하듯이 단순하게 가스 생성수단에서 생성된 수소, 산소를 그대로 연료전지에 공급하면 가스가 과부족없이 소비되는 것은 아니다.
또한, 수소가스 정제수단, 산소가스 정제수단 모두 엄밀하게는 원하는 가스가 100%완전하게 분리되지 않기 때문에 일부는 불필요한 가스 성분과 함께 분리되지 않은 그대로 오프가스로서 배출되어 버리는 경우가 있다. 이 분리되는 비율은 수소가스 정제수단과 산소가스 정제수단으로 장치의 원리적인 차이나 운전조건의 차이가 상위함으로 수소가스와 산소가스가 생성되는 비율은 상기 2:1의 비율에서 벗어나게 된다. 이것을 위해서는 가스가 과부족없이 소비되도록 적극적으로 제어할 필요가 있다.
본 구성의 연료전지 발전장치는 상기 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 상술한 것과 같이 수소가스 정제수단의 출구측의 유로중의 가스의 유량과 산소가스 정제수단의 출구측의 유로중의 가스의 유량과의 비율이 연료전지에서 소비되는 수소와 산소와의 비율에 일치되도록 제어하는 것에 의해, 가스 생성수단에서 생성된 수소, 산소의 각각을 과부족없이 연료전지에서 소비시킬 수 있다. 따라서, 장치전체의 에너지효율을 높일수 있다. 또한, 수소와 산소의 가스계통간에 일정이상의 압력차가 발생하지 않기 때문에 장치의 안전성을 향상할 수 있다.
기본구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단으로부터 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로를 구비함과 함께, 상기 발열수단은, 상기 반응가스 배출로에서의 반응가스를 연소시켜 열을 발생하는 것인 구성으로 하여도 좋다.
본 구성에 의하면, 연료전지에서 배출되는 반응가스의 잔여분을 연소시켜 발생하는 열로서 반응조가 가열되는 것이므로, 반응조를 가열하기 위한 연료를 새롭게 필요로 하지 않는다. 따라서, 에너지효율을 높일 수 있다. 또한, 연료전지에서 배출되는 반응가스의 잔여분은 당연히 수소가 포함되기 때문에 장치밖으로의 배출은 어려우며, 그 처분을 위해 특별한 장치가 필요하였지만, 상기 구성에 의해 그 처분을 위한 장치가 불필요하게 되어 장치의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 기본구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 저장하는 저장수단을 구비함과 함께, 상기 발열수단은, 상기 저장수단에 저장된 반응가스를 연소시켜 열을 발생하는 것인 구성으로 하여도 좋다.
본 구성에 의하면, 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 이용하여 반반응조의 가열이 가능하므로, 반응조의 가열용의 연료를 특별히 필요로 하지 않는다. 따라서, 장치의 에너지효율을 높일 수 있다.
제 1 또는 제 2의 구성(또는 청구항 제 16항 또는 제 17항의 구성)의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 저장하는 저장수단과, 상기 연료전지의 기동시에, 상기 저장수단에 저장된 반응가스를 상기 반응가스 공급로에서 상기 연료전지로 보내는 기동시 반응가스 공급수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
일반적으로, 연료전지 발전장치의 기동시에 있어서는 가스 생성수단이 충분히 동작할 때까지 시간 지연이 있지만, 본 구성에 의하면, 기동후 연료전지에 바로 연료를 공급할 수 있다.
또한, 통상적으로 연료전지 발전장치의 기동시에 있어서는 연료전지가 아직 운전되고 있지 않기 때문에, 그 연료전지의 배출열을 이용하여 반응조를 가열하는 것(제 2구성의 것)도, 혹은 연료전지에서의 반응가스의 잔여분을 연소시켜 반응조를 가열하는 것(청구항 제 16항의 것)도 불가능하다. 이때문에 기동시 전용의 전기히터를 설치할 필요가 있었다. 이것에 대하여 상기 구성의 연료전지 발전장치에서는 기동시에 있어서는 저장수단에 저장된 반응가스가 연료전지에 공급되는 것이므로 기동시에는 가스 생성수단의 운전이 불필요하게 되며, 상술한 기동시 전용의 전기히터를 설치할 필요가 없다. 이 결과, 장치구성의 간략화를 도모할 수 있다. 또한. 기동후에 있어서는 연료전지가 운전을 개시하는 것이므로 그 연료전지의 배출열을 이용하거나, 연료전지에서의 반응가스의 잔여분을 연소시켜 반응조를 가열하도록 하여도 좋다.
기본구성 또는 제 2구성의 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 연료전지로부터 배출되는 잔여분의 반응가스와 외부에서 공급되는 산소 함유 가스로부터 물을 생성하는 물 생성수단과, 상기 물 생성수단에 의해 생성된 물을 상기 할로겐화 수소산을 생성하는 재료로서 이용하는 물 이용수단을 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
본 구성에 의하면, 반응조에서 수용되는 할로겐화 수소산을 생성하는 재료로서의 물이 연료전지의 운전에 따라서 물 생성수단에 의해 차례로 생성되는 것이므로, 물을 저장하는 수조를 소형으로 할 수 있으며, 또한, 물의 저장량도 적게 할 수 있다. 또한 연료전지에서 보면, 수소가스를 포함하는 에노드측 잔여가스를 그대로 대기중에 방출하는 것이 아니기 때문에 이 구성에 의해 그 잔여가스를 유효하게 이용할 수 있으며, 장치전체로서의 에너지 효율을 높일 수 있다.
[실시예]
이상 설명한 본 발명의 구성, 작용을 더욱 명확하게 하기 위해서 이하 본 발명의 적절한 실시예에 관하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제 1실시예로서의 연료전지 발전시스템(1)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 본 연료전지 발전시스템(1)은 전기를 발생하는 인산형의 연료전지 스택(FC), 열분해 반응에 의해 물에서 수소가스를 제조하는 가스 생성장치(G)와, 가스 생성장치(G)에서 제조된 수소가스를 연료가스로서 연료전지 스택(FC)에 보내는 연료가스 공급통로(3)를 구비한다. 또한, 본 연료전지 발전 시스템(1)에는 연료전지 스택(FC)내의 냉각플레이트(뒤에서 설명함)에 보내는 냉각 수를 가스 생성장치(G)에 순환시키는 냉각수 순환로(5)를 구비한다.
이어서, 연료전지 스택(FC)의 구성에 관하여 설명한다.
연료전지 스택(FC)은 상술하듯이 인산형의 연료전지이며, 그 단일 셀구조로서 도 2의 구조도 및 도 3의 분해 사시도에 나타내는 구조를 갖는다. 즉, 이들 도면에 나타내듯이 그 셀은, 전해질(11)과, 이 전해질(11)을 양측으로 부터 끼어 샌드위치 구조로 한 가스 확산전극으로서의 애노드(12) 및 캐소드(13)와, 이 샌드위치구조를 양측에서 끼우면서 애노드(12) 및 캐소드(13)에서 연료가스 및 산화가스의 유로를 형성하는 세퍼레이터(14, 15)와, 세퍼레이터(14, 15)의 외측에 배치되어 애노드(12)및 캐소드(13)의 집전극으로 되는 집전판(16, 17)에 의해 구성되어 있다.
전해질(11)은, 액체상태의 농후 인산을 함침시킨 탄화규소의 매트릭스(인산 을 함침유지시킨 기재)로 이루어진다. 애노드(12)및 캐소드(13)는 탄소질의 다공판의 기재(基材)로 이루어지며, 이 기재의 표면에는 촉매로서의 백금 또는 백금과 다른 금속으로 이루어지는 합금등을 담지한 카본분말이 도포되어 있다.
백금을 담지한 카본분말은 다음과 같은 방법으로 작성되어 있다. 염화 백금 산수용액과 티오황산 나트륨을 혼합하여 아황산 백금착체의 수용액을 얻는다. 이 수용액을 교반하면서 과산화 수소수를 적하하여, 수용액중에 콜로이드상의 백금입자를 석출시킨다. 이어서 담체로 되는 카본블랙(예를 들면, vnlcan XC-72;미국의 CABOT사의 상표)이나 텐카블랙(일본 전기화학 공업주식회사의 상표)을 첨가하면서, 교반하여 카본블랙의 표면에 콜로이드상의 백금입자를 부착시킨다. 다음에 용액을 흡인여과 또는 가압여과하여 백금입자가 부착된 카본블랙을 분리한 후, 탈이온수(순수)로 반복하여 세정한 후 실온에서 완전하게 건조시킨다. 이어서, 응집된 카본블랙을 분쇄기로 분쇄한 후 수소환원 분위기중에서 250~350[℃]로 2시간 정도 가열하는 것에 의해 카본블랙위의 백금을 환원함과 함께 잔류되어 있던 염소를 완전히 제거하여 백금을 담지한 카본분말을 완성한다.
세퍼레이터(14, 15)는 치밀한 카본 플레이트에 의해 형성되어 있다. 애노드(12)측의 세퍼레이터(14)는 애노드(12)의 표면에서 연료가스인 수소가스의 유로를 이루는 동시에 애노드(12)에서 생성하는 물의 집수로를 이루는 수소가스 유로(14P)를 형성한다. 또한, 캐소드(13)측의 세퍼레이터(15)는 캐소드(13)의 표면에서 재료 가스인 산소가스의 유로를 이루는 산소가스 유로(15P)를 형성한다. 집전판(16, 17)은 동(Cu)에 의해 형성되어 있다.
이상 설명하였지만, 인산형 연료전지의 단일 셀의 구성이며, 이렇게 한 셀을 복수 적층한 것이 연료전지 스택(FC)이다. 도 4는 연료전지 스택(FC)의 전체구조를 내타내는 구조도이다. 또한, 도 4 중 도 2, 도 3과 동일구성의 부품에 대하여서는 동일한 부호를 기입하였다.
도 4에 나타내듯이 연료전지 스택(FC)은, 도 2, 도 3에서 나타낸 전해질(11), 애노드(12) 및 캐소드(13)로 이루어지는 샌드위치구조(20)를 세퍼레이터(21)에 끼어 복수 적층으로 한 것이다. 이 세퍼레이터(21)는, 도 1, 도 2에서 나타낸 단전지의 세퍼레이터(14, 15)와 동일재료로 이루어지며, 애노드(12)와 접하는 측면에 수소가스 유로(14P)를 형성하며, 캐소드(13)와 접하는 측면에 산소가스 유로(15P)를 형성한다. 또한, 도면중에서 제일 우측에 위치하는 샌드위치구조(20R)의 외측에는 수소가스 유로(14P)만을 형성하는 세퍼레이터(14; 도 2, 도 3과 동일함)가 배치되며, 제일 좌측에 위치하는 샌드위치구조(20L)의 외측에는 산소가스 유로(15P)만을 형성하는 세퍼레이터(15)가 배치되어 있다.
또한, 연료전지 스택(FC)은 이 세퍼레이터(14, 15)의 외측에 배치되는 냉각 플레이트(22, 23)와, 냉각 플레이트(22, 23)의 외측에 배치되는 집전판(16, 17)과, 이들의 전체를 양측에서 절연판(24, 25)을 통해 협지하는 엔드 플레이트(26, 27)를 구비하며, 엔드 플레이트(26, 27)를 외측에서 체결하는 체결볼트(28)를 구비하고 있다.
냉각 플레이트(22, 23)는 내부에 냉각수 유로를 구비하고 있으며, 외부에서 공급되는 냉각수가 순환하는 구성으로 이루어져 있다. 또한, 냉각 플레이트(22, 23)에 접속되는 유로의 집합부 부근의 A점, B점과 냉각수 순환로(5)가 접속되는 것으로 냉각 플레이트(22, 23)에 흐르는 냉각수는 냉각수 순환로(5)를 통해 가스 생성장치(G)에 보내진다.
또한, 도 4에 있어서, 본 연료전지 스택(FC)은, 셀을 3개 구비하는 구성으로 하였지만, 반드시 이 수에 한정되는 것이 아닌 몇개라도 좋다. 또한, 본 연료전지 스택(FC)은, 냉각 플레이트를 스택의 양단에 2개 구비하는 구성으로 하였지만 또한, 단셀과 단셀과의 사이에도 냉각 플레이트를 배치하는 구성으로 하여도 좋다.
가스 생성장치(G)의 구성에 대해서 다음에 설명한다. 도 5는 가스 생성장치(G)의 개략 구성도이며, 이 도면에 나타내듯이 가스 생성장치(G)는 열분해 반응을 단계적으로 행하는 2개의 반응조(30, 50)를 구비한다. 또한, 그 이후, 초단(初段)의 반응조(30)를 예비 반응조라고 부르는 것에 의해 후단(後段)의 반응조(50)와 구별된다.
도 6은, 예비 반응조(30)의 내부를 나타내는 개략 구성도이다. 이 도 6와 도 5에 나타내듯이 예비 반응조(30)는, 덮개(31)를 갖는 용기(32)를 구비하고 있으며, 이 덮개(31)에는 그 끼워넣는 위치를 용기(32)내의 액면보다 윗쪽에 위치하는 제 1 내지 제 3 관로(33, 34, 35)와, 끼워넣는 위치가 용기(32)내의 액면보다 아랫측에 위치하는 제 4 및 제 5 관로(36, 37)가 각각 접속되어 있다.
제 1관로(33)에는 가스 생성장치(G)의 외부에 설치되어 할로겐인 요오드(I2)를 저장하는 할로겐 조(41)가 접속되어 있으며, 펌프(42)에 의해 I2가 이 제 1관로(33)를 통해 예비 반응조(30)에 보내진다. 또한, 제 2관로(34)에는 가스 생성장치(G)의 외부에 설치되어 물(H2O)를 저장하는 수조(43)가 접속되어 있으며, 펌프(44)에 의해 H2O가 이 제 2관로(34)를 통해 예비 반응조(30)에 보내진다. 제 3관로(35)는 외부에 접속되어 있으며, 예비 반응조(30)에서 발생한 가스(여기에서는 O2가스)를 펌프(46)에 의해 외부로 배출한다.
제 4관로(36) 및 제 5관로(37)는 반응조(50)에 접속되어 있으며, 양 관로 (36, 37)에 각각 설치된 펌프(48, 49)에 의해 예비 반응조(30)중의 용액(HI가 용해된 H2O)을 반응조(50)와의 사이에서 순환시킨다.
또한, 예비 반응조(30)의 용기(32)에는 날개차(38)(도 6)가 설치되어 있으며, 이 날개차(38)에 의해 용기(32)내의 용액을 교반하고 있다. 용기(32)의 외주에는 발열수단으로서의 냉각 플레이트(39a, 39b)가 배치되어 있다. 냉각 플레이트(39a, 39b)는 내부에 냉각수 유로를 구비하고 있으며, 외부에서 공급되는 냉각수가 순환되는 구성으로 되어 있다.
도 7은 반응조(50)의 내부를 나타내는 개략 구성도이다. 이 도 7과 도 5에 나타내듯이 반응조(50)는 에비 반응조(30)와 동일한 덮개(51)를 갖는 용기(52)를 구비한 것으로서, 이 덮개(51)에는 예비 반응조(30)에 접속되는 제 4관로(36)가 용기(52)내의 액면보다 위쪽까지 끼워져 있다. 또한 덮개(51)에는 그 끼워지는 위치가 용기(52)내의 액면보다 위쪽에 위치하는 제 6관로(54)가 접속되어 있다. 또한, 용기(52)의 아랫측에는 예비 반응조(30)에 접속되는 상기 제 5관로(37)가 접속되어 있다.
상기 제 6관로(54)는 수소가스 정제기(60)에 접속되어 있으며, 반응조(50)에서 발생된 가스(여기에서는 H2와 I2의 혼합가스)를 펌프(62)에 의해 수소가스 정제기(60)로 보낸다.
또한, 반응조(50)에는 활성탄, 특히 활성탄의 표면을 알칼리, 예를 들면, KOH(수산화 칼륨)나 NaOH(수산화 나트륨)등의 알칼리용액으로 처리하고, 활성탄 표면에 염기성 표면 관능기를 부여한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이 활성탄은 반응조(50)내에 공급된 할로겐화 수소산의 열분해를 촉진하는 촉매 작용을 하는 것이다. 또한, 이 활성탄에 덧붙여서 환원제의 역활을 거두는, 산화 코발트(CoO), 산화 주석(SnO), 산화 텅스텐(WO2), 산화납(Pb2O3), 산화백금(PtO), 티탄등을 가하는 것도 바람직하다.
또한, 반응조(50)의 용기(52)에는 날개차(58)(도 7)가 설치되어 있으며, 이 날개차(58)에 의해 용기(52)내의 용액을 교반하고 있다. 용기(52)의 외주에는 냉각 플레이트(59a, 59b)가 설치되어 있다. 냉각 플레이트(59a, 59b)는, 내부에 냉각수 유로를 구비하고 있으며, 외부에서 공급되는 냉각수가 순환하는 구성으로 이루어져 있다. 또한, 상기 냉각 플레이트(59a, 59b)와 상술한 에비 반응조(30)측의 냉각 플레이트(39a, 39b)와는 연결되어 있으며, 또한, 냉각수 순환로(5)를 통해 연료전지 스택(FC)내의 냉각 플레이트(22, 23)에 접속되어 있다. 연료전지 스택(FC)의 운전에 따라 발생하는 열은 인산형의 것으로는 170~220℃가까이 되지만, 상기 구성에 의해 이 열은 냉각수 순환로(5)를 통해 예비 반응조(30)에 전달되는 것으로 된다.
냉각수 순환로(5)를 흐르는 냉각수는, 일반적인 물이지만, 인산형 연료전지의 운전온도는 상술하였듯이 100℃이상으로 되기 때문에, 비등하지 않도록 순환펌프(90)에 의해 가압하면서 순환된다. 냉각수로서는 연료전지 스택(FC)의 운전온도보다도 비등점이 높은 액체상태의 열 매체, 예를 들면 실리콘 오일을 이용하는 구성으로 하여도 좋다.
수소가스 정제기(60)는 반응조(50)에서 보내져 온 H2와 I2의 혼합가스에서 H2가스를 정제하는 것으로, 구체적으로는 수소를 선택적으로 투과하는 여과막을 구비하는 수소 여과기로 구성된다. 여기에서 상기 여과막은 다공질성의 세라믹 또는 금속의 표면에 치밀한 팔라듐의 막을 도금이나 증착, 스퍼터링 등의 물리적 또는 화학적인 방법으로 형성한 것으로서, 이 팔라듐막의 양측의 압력차를 일정이상으로 유지하는 것에 의해 팔라듐막의 내부를 수소만이 선택적으로 투과하도록 한 것이다.
또한, 도 6 및 도 7에 나타나듯이 제 1 내지 제 6의 관로(33-37, 54)에는 각반응조(30, 50)로의 접속구 부근에 설치되는 밸브(71-78)를 구비하고 있으며, 임의의 시기에 각 관로(33-37, 54)의 개폐가 가능하다.
상기와 같이 구성된 가스 생성장치(G)의 작용에 관하여 다음에 설명한다. 할로겐 조(41)에서 제 1관로(33)를 통해 I2가, 수조(43)에서 제 2관로(34)를 통해 H2O가 각각 예비 반응조(30)에 공급되며, 그 위에서 연료전지 스택(FC)에서의 열로 예비 반응조(30)가 60℃이상 바람직하게는 80℃이상으로 가열되면, 예비 반응조(30)에서는 다음 화학식 4로 나타내는 반응이 발생된다.
Figure kpo00004
화학식 4의 반응에서 발생한 O2가스는 제 3관로(35)를 통해 외부를 배출된다. 반면, 화학식 4의 반응으로 발생되는 2HI는 과잉의 H2O의 존재하에서 H2O에 용해된 상태로, 제 4관로(36)를 통해 반응조(50)에 보내진다. 그리고, 연료전지 스택(FC)에서의 열로 반응조(50)가 가열되면, 다음 화학식 5로 나타내는 반응이 발생한다.
Figure kpo00005
화학식 5로 나타내는 반응은, 활성탄을 이용한 열분해 반응이며, 80℃이상 바람직하게는 140℃이상 정도의 저온에서 열분해가 가능하게 된다. 상기 화학식 5의 반응으로 발생하는 H2와 I2의 혼합가스는 관로(54)를 통해 수소가스 정제기(60)에 보내지며, 여기에서 H2가스로 정제된다. 또한, 제 4의 관로(36)에서 공급된 HI의 용액은 상기 화학식 5의 반응으로 묽게되므로 이 묽게된 용액을 제 5관로(37)에서 예비 반응조(30)에 보내는 것에 의해 HI의 용액을 예비 반응조(30)와 반응조(50)와의 사이에서 순환시켜 반응조(50)중의 HI의 농도를 농후한 상태로 유지하고 있다.
연료가스 공급통로(3)는, 가스 생성장치(G)의 배출측과 연료전지 스택(FC)의 수소가스 유로(14P)를 접속하는 관로이다. 상세하게는 연료전지 스택(FC)에 구비되는 복수의 수소가스 유로(14P)의 유입측은 도시생략된 매니폴드에 모여져 있으며, 이 매니폴드와 가스 생성장치(G)의 수소가스 정제기(60)의 배출구와의 사이에 연료가스 공급통로(3)는 접속되어 있다.
이상 상술하였듯이, 제 1실시예의 연료전지 발전 시스템(1)에서는 가스 생성장치(G)에서 열분해 반응에 의해 물에서 수소가스를 생성하며, 이 수소가스를 연료가스로서 연료전지 스택(FC)에 공급하도록 구성되어 있다. 열분해 반응에 의하면 원리적으로 수소와 산소만이 발생되어 일산화탄소나 메탄올이라는 전지기능저하의 한 요인이 되는 부 생성물을 생성하지 않기 때문에 연료전지의 촉매피독, 산소전극의 전위 저하등의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 부 생성물을 생성하지 않기 때문에 연료전지 스택(FC)에서의 수소가스의 이용율을 100[%]로 할 수 있어서 에너지 효율을 높일수 있다.
또한, 본 제 1실시예에 의하면, 냉각수를 냉각수 순환로(5)를 통해 연료전지 스택(FC)과 가스 생성장치(G)와의 사이에서 순환시키는 것으로 인산형 연료전지의고열의 배출열에 의해 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)를 가열할 수 있다. 이때문에 양 반응조(30, 50)를 가열하기 위한 히터등의 가열수단을 별도로 설치할 필요가 없기 때문에 가스 생성장치(G)의 구성을 간략화할 수 있다. 또한 연료전지 스택(FC)의 배출열을 가스 생성장치(G)에 이용할 수 있기 때문에, 연료전지 발전시스템(1)의 전체 에너지효율을 높일 수 있다. 또한 연료전지의 발전량에 따라서 연료전지의 발생열량이 변화되므로, 연료전지의 발전량에 따라서 가스 생성장치(G)의 가스 생성량을 자율적으로 피드백 제어할 수 있어, 제어가 용이하다.
또한, 제 1실시예의 연료전지 발전시스템(1)에 있어서, 냉각수 순환로(5)의 도중에는 도시 생략된 라디에이터를 설치하는 구성으로 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 냉각수의 온도를 조정할 수 있으므로 연료전지 스택(FC)내의 온도를 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 연료전지 발전시스템(1)에 있어서, 인산형의 연료전지에 대신하여 고체 산화물형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 직접 메탄올형 연료전지등을 사용하는 구성으로 하여도 좋다. 중요한 것은 이 연료전지 발전시스템(1)에서는 운전온도가 가스 생성장치(G)의 가열온도보다도 높게되는 상술한 연료전지를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 1실시예에서는 연료전지 스택(FC)의 냉각수를 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)의 주위에 배송하도록 구성되어 있었지만, 이것에 추가하여 도 8에 나타내듯이 할로겐조(41) 및 수조(43)의 주위에도 냉각수 계통에 접속되는 냉각 플레이트(92)를 설치하며, 할로겐조(41) 및 수소(43)의 주위에 냉각수를 배송하는 구성으로 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 연료전지에서 발생하는 열로서 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)에 가해지는 할로겐조(41) 및 수조(43)도 가열되기 때문에, 열분해 반응 재료의 가열이 이루어진다. 이 결과, 할로겐조(41), 수조(43)를 예비가열하기 위한 전기히터등의 특별한 가열수단을 설치하지 않고 열분해 반응의 촉진을 도모할 수 있다. 따라서, 시스템전체의 구성을 간략하게 할 수 있는 것과 함께, 가열수단용의 에너지가 불필요하므로 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 구성에서는, 가스 생성장치(G), 할로겐조(41)및 수조(43)의 모든것을 냉각수의 열로서 가열하였지만, 가스 생성장치(G)에 추가하여 할로겐조(41) 또는 수조(43)의 어느 한쪽을 가열하는 구성으로 하여도 좋다. 혹은, 가스 생성장치(G)를 제외한 할로겐조(41) 또는 수조(43)의 어느것중 한쪽을 가열하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 제 1실시예에서는 연료전지 스택(FC)의 냉각수를 가스 생성장치(G)에 보내는 것으로 연료전지의 고열의 배출열에 의해 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)를 가열하였지만, 이것에 대신하여 가스 생성장치(G)를 버너등의 다른 가열수단으로 가열하도록 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 제 1실시예와 비교하여 가열수단이 별도로 필요하지만, 제 1실시예와 동일하게 열분해 반응으로 물에서 수소를 생성하고 있기 때문에, 수소와 산소이외의 부 생성물을 생성하는 일은 없다. 이 때문에 연료전지 스택(FC)에서의 수소가스의 이용율을 100[%]로 할 수 있으며, 에너지 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 9는 본 발명의 제 2실시예로서의 연료전지 발전시스템(120)의 개략구성을 나타내는 블록도이며, 도시하듯이 이 연료전지 발전시스템(120)은 제 1실시예의 연료전지 발전시스템(1)과 비교하여 연료전지 스택(FC2)과 냉각수 순환로(125)와의 구성이 상이하며, 그 밖의 구성, 즉, 가스 생성장치(G)의 구성과 연료가스 공급통로(3)의 구성이 동일한 구성이다.
본 제 2실시예의 연료전지 스택(FC2)는, 고체 고분자형의 연료전지 스택이다. 고체 고분자형의 연료전지 스택(FC2)은, 전해질로서 고분자 재료, 예를 들면, 불소수지에 의해 형성된 이온교환막을 사용하고 있으며, 그 밖의 구성은 제 1실시예에 나타낸 인산형의 것과 거의 동일하다. 또한, 고체고분자형의 연료전지는 약 80℃의 운전온도에서 운전된다.
냉각수 순환로(125)는, 연료전지 스택(FC2)의 냉각수유로에 접속되는 제 1순환로(125a)와, 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)주변에 설치된 냉각 플레이트(39a, 39b, 59a, 59b)에 접속되는 제 2순환로(125b)로 구성되며, 제 1순환로(125a)와 제 2순환로(125b)와의 사이에 히트펌프(129)가 배치되어 있다. 히트펌프(129)는 저온측에서 고온측으로의 열의 전달을 가능하게 하는 주지의 것으로 연료전지 스택(FC2)의 운전에 따라 발생하는 열을 가스 생성장치(G)의 운전온도보다도 높은 온도로 승온하고 있다.
즉, 본 제 2실시예의 연료전지 발전시스템(120)에서는, 연료전지 스택(FC2)이 고체 고분자형의 것으로서, 운전온도가 낮으므로 냉각수의 열을 히트펌프(129)에 의해 일단 승온시킨 후 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)에 보내고 있다. 따라서, 이 제 2실시예의 연료전지 발전시스템(120)에서는 제 1실시예와 동일하게 연료전지 스택(FC2)의 배출열을 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)의 가열에 이용할 수 있기 때문에 연료전지 발전시스템(120)의 전체의 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)의 가열을 위한 히트펌프(129)를 설치하고 있지만, 이것은, 냉각수를 보조적으로 가열하는 것이기 때문에 히트펌프(129)의 가열능력은 그만큼 높게 할 필요가 없이, 소형(콤팩트)인 것으로 충분하다. 따라서, 제 1실시예와 동일하게 가스 생성장치 구성의 간략화를 도모하는 효과도 얻는다.
이러한 구성의 연료전지 발전시스템(120)은, 운전온도가 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)의 가열온도보다도 낮은 연료전지를 사용한 구성에 적용할 수 있다. 즉, 고체 고분자형의 연료전지에 대신하여 알칼리형 연료전지나 불소계 이온교환막을 사용한 재생식 연료전지등을 사용하는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명의 제 3실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 10은, 본 발명의 제 3 실시예로서의 연료전지 발전시스템(130)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 본 연료전지 발전시스템(130)은 제 1실시예의 연료전지 발전시스템(1)과 비교하여 냉각수 순환로(105)의 주변구성이 상이할 뿐이며, 그 밖의 구성에 관하여서는 동일한 것이다.
냉각수 순환로(105)에는 순환하는 냉각수를 분배하는 분배기(132)와, 분배기(132)에서 분배된 냉각수를 냉각수 순환로(105)로 복귀시키는 관로(134)와, 상기 관로(134)에 배치되는 라디에이터(136)를 구비한다. 분배기(132)에 의한 냉각수의 분배량은, 연료전지 스택(FC)의 발열량 중 어느 만큼의 비율을 가스 생성장치(G)로 공급하면, 가스 생성장치(G)의 가열을 적정하게 행할 수 있는가를 미리 조사하여 그 비율에 따라서 일정한 값으로 정해져 있다.
이러한 구성의 연료전지 발전시스템(130)에서는 가스 생성장치(G)에 부여되는 열량은, 분배기(132)에 의해 적정하게 조정된다. 이 때문에 연료전지 스택(FC)이 필요로 하는 수소가스를 가스 생성장치(G)에 의해 적당량만 발생시킬 수 있다.
본 발명의 제 4실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 11은, 본 발명의 제 4 실시예로서의 연료전지 발전시스템(140)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 연료전지 발전시스템(140)은, 가스 생성장치(G)와 연료전지 스택(FC)과, 양자를 연결하는 가스 공급통로(3)를 구비하고 있다. 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC) 및 연료가스 공급통로(3)는 제 1실시예와 동일한 것으로서, 제 1실시예와 동일번호를 부여하였다. 또한, 제 1실시예에 있던 냉각수 순환로(5)는 본 실시예에는 없다. 도 11중, 연료전지 스택(FC)의 냉각수 경로에 관하여서는 생략하였지만, 실제로는 연료전지 스택(FC)의 냉각수 유로에 접속되는 순환로를 구비하고 있으며, 이 순환로 도중에 설치된 라디에이터에서 냉각수를 냉각시키면서 그 냉각수를 연료전지 스택(FC)의 주변으로 순환시키고 있다.
또한, 연료전지 스택(FC)에 구비되는 복수의 수소가스 유로(14P)의 배출측은 도시생략된 매니폴드로 모여 있으며, 이 매니폴드는 연료가스 배출통로(142)에 접속되어 있지만, 이 제 4실시예에서는 연료가스 배출통로의 도중(가능한한 상류측)에 배압 조정밸브(144)가 설치되어 있다.
배압 조정밸브(144)는 통상, 폐쇄상태로 있으며, 연료가스 배출통로(142)를 폐쇄하고 있다. 연료가스 배출통로(142)의 배관내부의 압력이 소정치 이상의 값으로 되면, 개방상태로 되며, 연료가스가 방출되어 배관내부의 압력을 상기 소정치로 복귀시킨다. 이 배압 조정밸브(144)를 사용하고 있는 것에 의해 연료전지 스택(FC)의 출력의 정지에 따라서 연료가스 배출통로내의 압력이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
통상, 부하가 증대하여 연료전지 스택(FC)의 출력이 증대하면, 이 때, 연료 전지 스택(FC)에서는 발전을 위해 보다 많은 수소가스가 필요하게 된다. 이것에 대하여 본 제 4실시예의 연료전지 발전시스템(140)에서는 연료전지 스택(FC)의 연료 가스 배출통로(142)는 배압 조정밸브(144)로 폐쇄되어 있으므로 출력이 증대되면, 가스 생성장치(G)로부터 수소가스 경로(14P)의 배출구까지 사이의 통로내의 수소가스가 소비되어 그 가스압력이 저하되며, 그결과 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)에서 발생하는 가스량은 증대한다. 따라서, 부하증대 시에 연료 전지 스택(FC)에서의 수소가스의 소비량이 증대되면, 그 증대분만큼 가스 생성장치(G)에서는 자율적으로 가스발생량을 피드백제어 한다.
한편, 부하가 감소되고, 연료전지 스택(FC)의 출력이 감소하면, 이때, 연료 전지 스택(FC)에서는 필요한 수소가스량이 감소한다. 이것에 대하여 연료전지 스택(FC)의 연료가스 배출통로(142)는 배압 조정밸브(144)로 닫혀 있으므로 출력이 저하되면, 가스 생성장치(G)에서 수소가스 유로(14P)의 배출구까지의 사이의 통로내의 수소가스는 충분히 소비되지 않으며, 그 가스 압력이 상승하여 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)에서 발생하는 가스량은 감소한다. 따라서, 부하감소시에 연료전지 스택(FC)에서의 수소가스의 소비량이 감소하면, 그 감소분 만큼, 가스 생성장치(G)에서는 자율적으로 가스 발생량을 피드백제어 한다.
따라서, 본 연료전지 발전시스템(140)에서는 연료전지 스택(FC)에 있어서의 가스 사용량에 따라서 가스 생성장치(G)의 가스 발생량의 자율적으로 조정된다. 이 때문에 연료전지 스택(FC)의 운전상태에 따른 적정한 양의 연료가스를 가스 생성장치(G)에서 생성할 수 있다. 거기에다 본 연료전지 발전시스템(140)은 전자기술을 사용한 강제적인 가스 발생량의 조정장치를 구비하는 것은 아니기때문에 간략화된 구성으로 연료전지 발전시스템을 표현할 수 있다.
또한, 본 제 4실시예에 있어서, 배압조정 밸브(144)에 대신하여 단순히 개폐 밸브를 이용하는 구성으로 하여도 좋다. 연료전지 스택(FC)의 운전시에는 이 개폐 밸브를 폐쇄상태로 하는 것으로, 가스 생성장치(G)에서 수소가스 유로(14P)의 배출구까지의 사이의 배관내의 압력을 일정하게 한다. 이러한 구성에 의해서도 제 4실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 4실시예에 있어서, 제 1실시예와 동일한 냉각수 순환로를 설치하는 구성으로 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 연료전지의 배출열에 의해 가스 생성장치(G)의 예비반응조 및 반응조를 가열할 수 있고, 제 1실시예와 동일하게 에너지 효율을 높일수 있다.
본 발명의 제 5실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 12는 본 발명의 제 5실시예로서의 연료전지 발전시스템(150)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이, 이 연료전지 발전시스템(150)은, 제 2실시예의 연료전지 발전시스템(120)과 동일하며, 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC2), 연료가스 공급통로(3), 냉각수 순환로(125) 및 히트 펌프(129)를 구비한다. 또한 연료전지 발전시스템(150)은, 냉각수 순환로(125)에 접속되어 히트펌프(129)를 우회하는 우회로(156)를 구비하며, 이 우회로(156)와 냉각수 순환로(125)와의 교점에 각각 유로 전환밸브(151 내지 154)를 구비한다. 또한, 우회로(156)의 도중에는 순환펌프(157)가 설치되어 있다.
유로 전환밸브(151 내지 154)는 냉각수의 유로를 히트펌프(129)를 통과하는 냉각수 순환로(125)와 우회로(156)와의 사이에서 전환되는 것으로서, 전자 제어유닛(158)에서의 제어신호를 받아 냉각수를 냉각수 순환로(125)측으로 보내는 제 1포지션과 우회로(156)측으로 보내는 제 2포지션으로 전환된다.
전자 제어유닛(158)은, 마이크로 컴퓨터를 중심으로 한 논리회로로서 구성되며, 주지의 CPU, ROM, RAM, 입출력회로등을 구비한다. 이 전자 제어유닛(158)에 의하면, 연료전지 스택(FC2)이 운전상태로 있는지 정지상태로 있는지의 상위에 의해 각 유로 전환밸브(151 내지 154)의 전환포지션을 변경하는 것으로서, 냉각수의 유로를 히트펌프(129)로 흐르게 하는 방향이나 히트펌프(129)를 우회하는 방향으로 전환하고 있다.
상기 전자 제어유닛(158)의 CPU에서 실행되는 냉각수 유로 전환의 제어처리에 관해서 도 13의 흐름도를 이용하여 이하 상세히 설명한다.
도 13에 나타내듯이 전자 제어유닛(158)의 CPU는 처리가 개시되면, 우선 연료전지 스택(FC2)이 운전상태로 있는가 정지상태로 있는가의 판별을 행한다(스텝 S151). 이 판별은 예를 들면, 도시생략한 연료전지 기동 스위치로부터의 신호에 근거하여 이루어진다. 스텝(S151)에서 연료전지 스택(FC)이 운전상태로 있다고 판별되면, 각 유로 전환밸브(151 내지 154)를 제 1포지션으로 각각 변환하는 것으로 냉각수를 히트펌프(129)측으로 흘려 보낸다(스텝 S152). 반면, 스텝(S151)에서 연료 전지 스택(FC)이 정지상태로 있다고 판별되면, 각 유로 전환밸브(151 내지 154)를 제 2포지션으로 각각 전환하는 것으로서 냉각수를 우회로(156)측으로 흘려 보낸다(스텝S153).
스텝(S152) 또는 S153의 실행후, [리턴]으로 빠져 그 처리를 일단 종료한다. 이러한 구성의 제 5실시예인 연료전지 발전시스템(150)에 의하면, 연료전지 스택(FC2)의 운전시에 연료전지 스택(FC2)의 냉각수를 히트펌프(129)에서 일단 승온시킨후 가스 생성장치(G)로 전달하며, 한편, 연료전지 스택(FC2)의 정지시에는 연료전지 스택(FC2)의 냉각수를 히트펌프(129)에서 승온시키지 않고 그대로 전달한다. 이 때문에 연료전지 스택(FC2)의 정지시에는 히트펌프(129)에서 승온되지않은 저온의 냉각수가 가스 생성장치(G)에 직접 공급되기 때문에 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)가 냉각되며, 반응조(30, 50)에서의 반응가스의 생성이 빠르게 정지된다. 따라서, 연료전지 스택(FC2)의 정지시에 가스 발생을 빠르게 정지시킬 수 있다.
또한, 상기 제 5실시예에서는, 연료전지 스택(FC)이 정지상태일 때의 냉각수의 유로를, 연료전지 스택(FC2)에서 우회로(156)를 통해 가스 생성장치(G)로 순환시키는 구성으로 하였지만, 이것 대신에 도 14에 나타내듯이 우회로(156)를 가스 생성장치(G)에 부가해서 할로겐조(41) 및 수조(43)내에 설치한 관로(41a, 43a)에 접속하여 냉각수를 할로겐조(41) 및 수조(43)주변으로도 순환시키는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 도 14에 있어서는 제 5실시예와 동일한 부분에는 동일부호를 붙이며, 도면 중 검은 원으로 나타내는 유로 전환밸브(151 내지 154)는 제 5실시예와 동일하게 냉각수의 유로를 히트펌프(129)를 통과하는 냉각수 순환로(125)와 우회로(156)와의 사이에서 전환되는 것이다.
본 구성에 의하면, 연료전지 스택(FC2)의 정지시에는 히트펌프(129)에서 승온되어있지 않은 저온의 냉각수가 가스 생성장치(G)에 가해져 할로겐조(41) 및 수조(43)에도 보내지기 때문에 열분해 반응의 재료인 물 및 할로겐이 냉각되며, 반응조(30, 50)에서의 발생이 보다 한층 빠르게 정지된다. 따라서, 연료전지 스택(FC2)의 정지시에 가스발생을 보다 한층 빠르게 정지시킬 수 있다.
또한, 상기 구성에서는, 가스 생성장치(G), 할로겐조(41) 및 수조(43) 모두에 냉각수를 보내는 구성으로 하였지만, 가스 생성장치(G)에 부가하여 할로겐조(41) 및 수조(43)의 어느 한쪽에 냉각수를 보내는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 제 5실시예에서는, 연료전지 스택(FC2)의 운전시에 연료전지 스택(FC2)의 냉각수를 히트펌프(129)에서 승온시킨후 가스 생성장치(G)에 전달하는 구성으로 하였지만, 반드시 연료전지 스택(FC2)의 배출열을 이용하여 가스 생성장치(G)를 가열하는 구성으로 할 필요는 없다. 즉, 가스 생성장치(G)는 연료전지 스택(FC2)의 배출열이 아닌 전기히터등의 다른 가열수단으로 가열되는 구성으로 하고, 연료전지 스택(FC2)의 정지시에 한해서 연료전지 스택(FC2)의 냉각수를 가스 생성장치(G)로 보내는 구성으로 하여도 좋다. 이 구성에 의해서도 연료전지 스택(FC2)의 정지시에 가열수단을 빠르게 정지시킬 수 있다. 또한, 이때에도 연료전지 스택(FC2)의 냉각수는 가스 생성장치(G)만이 아닌 할로겐조(41)나 수조(43)로 보내는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명의 제 6실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 15는 본 발명의 제 6실시예로서의 연료전지 발전시스템(160)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 본 연료전지 발전시스템(160)은 가스 생성장치(G2), 연료전지 스택(FC), 연료 가스 공급통로(3), 냉각수 순환로(5) 및 산소가스 공급통로(164)를 구비하고 있다. 연료전지 스택(FC), 연료가스 공급통로(3) 및 냉각수 순환로(5)에 관해서는 제 1실시예와 동일한 것이며, 제 1실시예와 동일번호를 붙인다. 제 1실시예와 상이한 점은 가스 생성장치(G2)에 제 1실시예의 가스 생성장치(G)와 비교하여 다소의 구성추가가 있었던 것과, 가스 생성장치(G2)에서 제조된 산소가스를 연료전지 스택(FC)에 보내는 산소가스 공급통로(164)를 구비하는 점에 있다.
도 16은, 본 제 6실시예인 가스 생성장치(G2)의 개략 구성도이다. 이 도면에 나타내듯이 가스 생성장치(G2)는 제 1실시예인 가스 생성장치(G)와 동일한 구성을 구비하며(동일한 부분에는 제 1실시예와 동일한 번호를 붙임), 또한, 제 3관로(35)의 출구부근에 산소가스 정제기(169)를 구비한다.
산소가스 정제기(169)는, 제 3관로(35)를 통해 반응조(50)에 보내져 온 가스에서 O2가스를 정제하는 것으로서, 구체적으로는 산소를 선택적으로 투과하는 여과막을 구비하는 산소여과기로 구성된다. 또한, 제 3관로(35)를 통해 예비반응조(30)에서 보내져오는 가스는 원리적으로는 O2에 한정되지만, 실제로는 할로겐 혹은 할로겐화 수소산등의 혼입이 있으며, 산소가스 정제기(169)는 O2만을 엄밀하게 선택한다.
따라서, 본 구성의 연료전지 발전시스템(160)에서는 가스 생성장치(G2)에서 얻어지는 수소에서 부가해서 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30)에서 얻어지는 산소도 연료전지 스택(FC)에 공급되기 때문에, 시스템전체의 에너지효율을 보다 한층 높게 할 수 있다.
본 발명의 제 7실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 17은, 본 발명의 제 7실시예로서의 연료전지 발전시스템(160)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 본 연료전지 발전시스템(170)은 제 6실시예와 동일한 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC), 연료 가스 공급통로(3), 산소가스 공급통로(164) 및 냉각수 순환로(도시생략)를 구비한다. 또한, 연료전지 스택(FC)의 캐소드(13)측의 세퍼레이터(15)에 형성되는 산소가스 유로(15P)의 출구측에는 응축기(172)가 설치되어 있다.
응축기(172)는, 수증기를 응축하여 물을 생성하는 것으로서, 발전에 따른 연료전지의 캐소드에서 발생하는 수증기가 물로서 회수된다. 응축기(172)의 출력측은 가스 생성장치(G)에 물을 공급하는 수조(43)(제 1실시예와 동일한 것)와 송수통로(174)를 통해 접속되어 있으며, 응축기(172)에서 생성된 물이 수조(43)에 보내진다. 이때문에 가스 생성장치(G)측에서 보면 열분해 반응에 사용되는 재료가 연료전지의 운전에 따라서 차례로 보급되기 때문에, 물을 저장하는 수조가 소형으로 이루어질 수 있으며, 또한 물의 저장량도 적게 할 수 있다. 또한, 연료전지 스택(FC)에서 보면 캐소드측 잔여가스를 그대로 배출하면, 대기로 방출된 잔여가스가 하얀연기를 일으키게 되지만 이러한 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 8실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 18은, 본 발명의 제 8실시예로서의 연료전지 발전시스템(180)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 본 연료전지 발전시스템(180)은 제 6실시예와 동일하며, 가스생성장치(G2), 연료전지 스택(FC), 연료가스 공급통로(3), 산소가스 공급통로(164) 및 냉각수 순환로(도시생략)를 구비한다. 또한, 연료전지 스택(FC)의 애노드의 수소가스 유로의 출구측에는 산소가스 배출로(182)가 설치되며, 캐소드(13)의 산소가스 유로(15P)의 출구측에는 산소가스 배출로(184)가 설치되고, 양 배출로(182, 184)로부터 연료전지로의 잔여분의 가스를 배출하고 있다. 각 수소가스 배출로(182) 및 산소가스 배출로(184)에는 제 1 및 제 2압력센서(182a, 184a)와 제 1 및 제 2배압 조정밸브(182b, 184b)가 각각 설치되어 있다.
제 1 및 제 2압력센서(182a, 184a)는 애노드(12)측 및 캐소드(13)측의 가스 출구부근에 설치되며, 전자 제어유닛(186)과 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 및 제 2배압 조정밸브(182b, 184b)는 관로의 개방도를 조정하는 것으로서, 동일한 전자 제어유닛(186)과 전기적으로 접속되며, 전자 제어유닛(186)에서의 제어신호를 받아 그 개방도를 바꾼다. 전자 제어유닛(186)은, 마이크로 컴퓨터를 중심으로 한 논리회로로서 구성되며, 주지의 CPU, ROM, RAM, 입출력 회로등을 구비하고 있다. 이 전자 제어유닛(186)에 의하면, 배압 조정밸브(182b, 184b)의 개방도를 제어하는 것에 의해 수소가스 배출로(182)중의 가스압과 산소가스 배출로(184)중의 가스압과의 압력차를 항상 일정한 범위로 유지하고 있다.
상기 전자 제어유닛(186)의 CPU에서 실행되는 배압 조정밸브의 제어처리에 관하여 도 19의 흐름도를 이용하여 이하에 상세히 설명한다. 이 배압 조정밸브 제어처리루틴는, 전자 제어유닛(186)의 CPU에 의해 소정시간마다 반복 실행되는 것이다.
도 19에 나타내듯이 전자 제어유닛(186)의 CPU는 처리가 개시되면, 우선, 제 1압력센서(182a) 및 제 2압력센서(184a)에서 검출값(P1, P2)을 판독하는 처리를 실행한다(스텝S190). 이어서, 제 1압력센서(182a)의 검출값(P1)에서 제 2압력센서(184a)의 검출값(P2)을 감산하여 그 감산결과를 압력차(△P)로서 기억한다(스텝 S191). 이어서, 그 압력차(△P)가 미리 정해진 소정값(dP)에 미소값(α)를 더한 값보다 큰지의 여부를 판정한다(스텝S192).
스텝(S192)에서 긍정판정 즉, △P가 dP +α보다도 크다고 판정된 때에는 수소가스 배출로(182)의 가스압이 산소가스 배출로(184)의 가스압에 비해 너무 크게 되어 있기 때문에, 제 1배압 조정밸브(182b)의 개방도(V1)를 소정값(vO)만큼 증대측으로 조정하여(스텝S193), 수소가스 공급계통의 압력을 내림과 함께 제 2배압 조정밸브(184b)의 개방도(V2)를 소정값(vO)만큼 축소측으로 조정하여(스텝S194). 수소가스 공급계통의 압력을 높인다.
한편, 스텝 S192에서 부정판정된 때에는 스텝 S195로 진행한다. 스텝 S195에서는 스텝 S191에서 구해진 압력차(△P)가 소정값(dP)에서 미소값(α)을 감산한 값보다 작은지의 여부를 판정한다.
스텝 S195에서 긍정판정, 즉, △P가 dP-α보다 작다고 판정된때에는 산소가스 배출로(184)의 가스압이 수소가스 배출로(182)의 가스압에 비교해 너무 크게 되어 있기 때문에, 제 1배압 조정밸브(183b)의 개방도(V1)를 소정값(vO)만큼 축소측으로 조정하여(스텝S196), 수소가스 공급계통의 압력을 올림과 함께 제 2배압 조정밸브(184b)의 개방도(V2)를 소정값(v0)만큼 증대측으로 조정하여(스텝S197), 수소가스 공급계통의 압력을 내린다.
스텝 S194 또는 스텝 S197의 실행후, [리턴]으로 빠져 이 처리를 일단 종료한다. 한편, 스텝 S195에서 부정판정된 때에는 압력차(△P)가 미리 정한 소정값(dP)을 중심으로 한 소정 범위 안으로 유지되기 때문에, 제 1 및 제 2배압 조정밸브(182b, 184b)의 개방도 변경은 불필요한 것으로 하여, [리턴]으로 빠져 그 처리를 일단 종료한다.
이러한 구성의 전자 제어유닛(186)에 의해 실행되는 배압 조정밸브의 제어에 의해 산소가스 배출로(184)의 가스압(P1)과 수소가스 배출로(182)의 가스압(P2)과의 압력차(△P)는 항상 일정 범위(dP -α)~(dP +α)로 유지되도록 제어된다. 또한, 본 실시예에서는 이 일정 범위(dP -α)~(dP +α)는, 가스 생성장치(G2)에서 연료전지 스택(FC)까지의 수소가스 계통과 산소가스 계통에 있어서 가스의 유량의 양자의 비율이 연료전지 스택(FC)에서 소비되는 수소와 산소와의 비율에 일치하도록 정해진 값으로, 미리 실험적으로 구해진 값이다.
따라서, 본 제 8실시예의 연료전지 발전시스템(180)에서는, 상술한 것과 같이 산소 가스 배출로(184)의 가스압(P1)과 수소가스 배출로(182)의 가스압(P2)과의 압력차(△P)는 항상 상기 일정 범위로 유지되기 때문에, 연료가스, 산소가스의 양측 계통의 가스 유량이 조정되어 가스 생성장치(G)에서 생성된 수소, 산소의 각각을 과부족없이 연료전지 스택(FC)에서 소비시킬 수 있다. 따라서, 장치전체의 에너지 효율을 높일수 있다. 또한, 수소와 산소의 가스 계통간에 일정 이상의 압력차가 발생하지 않기 때문에 연료전지 발전시스템의 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 제 9실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 20은, 본 발명의 제 9실시예로서의 연료전지 발전시스템(200)의 개략 구성을 나타낸 블록도이다. 도시된 것과 같이, 이 연료전지 발전 시스템(200)은 제 1실시예와 동일한 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC), 연료 가스 공급통로(3) 및 냉각수 순환로(도시 생략)를 구비한다. 또한, 연료전지 스택(FC)의 애노드의 수소가스 유로의 출구측에는 수소가스 배출로(202)가 설치되며, 이 수소가스 배출로(202)부터 연료전지까지의 잔여분의 수소가스를 배출하고 있다. 수소가스 배출로(202)에는 배압 조정밸브(204)가 설치되어 있다.
또한, 가스 생성장치(G)의 수소가스 정제기(60)의 상류에는 제 1압력센서(206a)가, 수소가스 정제기(60)의 하류에는 제 2압력센서(206b)가 설치되어 있다. 양 압력센서(206a, 206b)는, 전자제어 유닛(208)과 전기적으로 접속되어 있다. 배압 조정밸브(204)는 관로의 개방도를 조정하는 것으로서, 동일하게 전자제어 유닛(208)과 전기적으로 접속되며, 전자 제어유닛(208)에서의 제어신호를 받아 그 개방도를 변화시킨다. 전자 제어유닛(208)은 마이크로 컴퓨터를 중심으로 한 논리회로로서 구성되며, 주지의 CPU, ROM, RAM, 입출력 회로등을 구비한다. 이 전자 제어유닛(208)에 의하면, 배압 조정밸브(204)의 개방도를 제어하는 것에 의해 수소가스 정제기(60)의 가스 입구측의 압력과 가스 출구측의 압력과의 압력차를 항상 소정 범위내로 유지하고 있다.
상기 전자 제어유닛(208)의 CPU에서 실행되는 배압 조정밸브의 제어처리에 관하여 도 21의 흐름도를 이용하여 이하 상세히 설명한다. 이 배압 조정밸브 제어처리 루틴은, 전자 제어유닛(208)의 CPU에 의해 소정시간마다 반복되어 실행되는 것이다.
도 21에 나타내듯이 전자 제어유닛(208)의 CPU는, 처리가 개시되면, 우선, 제 1압력센서(206a) 및 제 2압력센서(206b)로 검출값(P1, P2)을 판독하는 처리를 행한다(스텝 S210). 이어서, 제 1압력센서(206a)의 검출값(P1)에서 제 2압력센서(206b)의 검출값(P2)을 감산하고, 그 감산결과를 압력차(△P)로서 기억한다(스텝 S211). 이어서, 그 압력차(△P)가 미리 정해진 소정값(dP2)에 미소값(β)을 더한 값보다 큰지의 여부를 판정한다(스텝 S212).
스텝 S212에서, 긍정판정, 즉, △P가 dP2+β보다 크다고 판정된 때에는 수소가스 정제기(60)의 가스 입구측의 압력이 수소가스 정제기(60)의 가스 출구측의 압력에 비해 너무 크게 되어 있으므로, 배압 조정밸브(204)의 개방도(V)를 소정값(v1)만큼 축소측으로 조정하여(스텝 S213). 수소가스 정제기(60)의 가스 출구측의 압력을 높인다.
한편, 스텝 S212에서 부정판정된 때에는 스텝 S214로 진행한다. 스텝 S214에서는 스텝 S211에서 구해진 압력차(△P)가 소정값(dP2)에서 미소값(β)을 감산한 값보다도 작은지의 내부를 판정한다.
스텝 S214에서, 긍정판정, 즉, △P가 dP2-β보다 작다고 판정된 때에는 수소가스 정제기(60)의 가스 출구측의 압력이 수소가스 정제기(60)의 가스 입구측의 압력에 비해 너무 크게 되어 있으므로, 배압 조정밸브(204)의 개방도(V)를 소정값(v1)만큼 증대측으로 조정하여(스텝 S213), 수소가스 정제기(60)의 가스 출구측의 압력을 내린다.
스텝 S213 또는 스텝 S215의 실행후, [리턴]으로 빠져 이 처리를 일단 종료한다. 한편, 스텝 S214에서 부정판정된 때에는 압력차(△P)가 미리 정해진 소정값(dP2)을 중심으로 한 소정범위 내에 유지되므로 배압 조정밸브(204)의 개방도 변경은 불필요하며 [리턴]으로 빠져서 그 처리를 일단 중단한다.
이러한 구성의 전자 제어유닛(208)에 의해 실행되는 배압 조정밸브의 제어에 의해, 수소가스 정제기(60)의 가스 입구측의 압력(P1)과 가스 출구측의 압력(P1)과의 압력차(△P)는 항상 일정 범위(dP2-β)~(dP2+β)로 유지되도록 제어된다. 또한, 본 실시예에서는 이 일정 범위(dP2-β)~(dP2+β)는, 수소 가스 정제기(60)를 구성하는 수소 여과막이 안정한 수소 생성량을 가지기 때문에 필요한 압력차로, 미리 실험적으로 구해진 값이다.
따라서, 제 9실시예의 연료전지 발전시스템(200)에서는, 상술한 것과 같이 수소가스 정제기(60)의 가스 입구측의 압력(P1)과 가스 출구측의 압력(P1)과의 압력차(△P)가 항상 상기 일정한 범위로 유지되므로, 수소가스 정제기(60)에서 항상 원하는 양의 수소를 연속 또한 안정되게 정제할 수 있다.
본 발명의 제 10실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 22은, 본 발명의 제 10실시예로서의 연료전지 발전시스템(220)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 상기 연료전지 발전시스템(220)은, 제 9실시예의 수소가스 계통에 관련한 구성을 산소가스 계통에도 설치한 것이다. 도시하듯이 상기 연료전지 발전시스템(220)은 제 6실시예와 동일한 가스 생성장치(G2), 연료전지 스택(FC), 연료 가스 공급통로(3), 산소가스 공급통로(164) 및 냉각수 순환로(도시 생략)를 구비한다. 또한, 연료전지 스택(FC)의 애노드의 수소가스 유로의 출구측에는 수소가스 배출로(222)가 설치되며, 캐소드(13)의 산소가스 유로(15P)의 출구측에는 산소가스 배출로(223)가 설치되며, 양 배출로(222, 223)로부터 연료전지에서의 잔여분의 가스를 배출하고 있다. 각 수소가스 배출로(222) 및 산소가스 배출로(223)에는 제 1 및 제 2배압 조정밸브(224, 225)가 설치되어 있다.
또한, 가스 생성장치(G2)의 수소가스 정제기(60)의 상류에는 제 1압력센서(227a)가 수소가스 정제기(60)의 하류에는 제 2압력센서(227b)가 설치되어 있다. 한편, 가스 생성장치(G2)의 산소가스 정제기(169)의 상류에는 제 3압력센서(228a)가, 산소가스 정제기(169)의 하류에는 제 4압력센서(228b)가 설치되어 있다. 이들 제 1 내지 제 4압력센서(227a, 227b, 228a, 228b)는 전자 제어유닛(229)과 전기적으로 접속되어 있다.
제 1 및 제 2배압 조정밸브(224, 225)는, 관로의 개방도를 조정하는 것으로서, 동일하게 전자 제어유닛(229)과 전기적으로 접속되며, 전자 제어유닛(229)에서의 제어신호를 받아 그 개방도를 변경한다. 전자 제어유닛(229)은, 마이크로 컴퓨터를 중심으로 한 논리회로로서 구성되며, 주지의 CPU, ROM, RAM, 입출력 회로등을 구비한다. 이 전자 제어유닛(229)에 의하면, 제 9실시예와 동일한 제어에 의해 제 1배압 조정밸브(224)의 개방도를 제어하는 것에 의해, 수소가스 정제기(60)의 가스입구측의 압력과 가스 출구측의 압력과의 압력차를 항상 소정 범위내로 유지하고 있다. 또한, 제 9실시예에 나타낸 동일한 제어에 의해 제 2배압 조정밸브(225)의 개방도를 제어하는 것에 의해 산소가스 정제기(169)의 가스 입구측의 압력과 가스 출구측의 압력과의 압력차를 항상 소정의 범위내로 유지하고 있다.
즉, 본 제 10실시예에서는 수소가스 계통과 산소가스 계통을 각각 독립하여, 가스 정제기(60, 169)의 가스 입구측의 압력과 가스 출구측의 압력과의 압력차를 항상 소정의 범위내로 유지할 수 있다. 따라서, 수소가스 정제기(60)에서 항상 원하는 양의 수소를 연속 또한 안정되게 정제할 수 있으며, 또한, 산소가스 정제기(169)에서 항상 원하는 양의 산소를 연속 또한 안정되게 정제할 수 있다.
또한, 본 제 10실시예에서는 전자 제어유닛(229)에서 실행되는 제어처리를 다음과 같이 변경할 수 있다. 우선, 제 1압력센서(227a)와 제 2압력센서(227b)와의 검출값에서 수소가스 정제기(60)의 전후의 압력차(△P1)를 구하며, 제 3압력센서(228a)과 제 4압력센서(228b)와의 검출값에서 산소가스 정제기(169)의 전후 압력차(△P2)를 구한다. 이어서, 압력차(△P1)와 압력차(△P2)와의 차이를 △P로서 구한다. 그 후, 그 △P의 값에 근거하여 제 1 및 제 2배압 조정밸브(224, 225)의 개방도를 제어한다. 이 제어방법은, 제 8실시예의 도 19에 있어서의 스텝 S192이후의 제어와 동일한 것이다.
이러한 구성에 의하면, 제 8실시예와 동일하게 연료가스, 산소가스 양측 계통의 가스유량의 비율을 적절하게 조정할 수 있으며, 가스 생성장치(G)에서 생성된 수소, 산소의 각각을 과부족없이 연료전지 스택(FC)에서 소비시킬 수 있다.
본 발명의 제 11실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 23은 본 발명의 제 11실시예로서의 연료전지 발전시스템(232)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 상기 연료전지 발전시스템(232)은 제 8실시예(도 18참조)와 비교하여 제 1 및 제 2압력센서(182a, 184a)를 제거하고, 그 대신에 연료가스 공급통로(3)의 도중에 제 1유량센서(232a)를 산소가스 공급통로(164)의 도중에 제 2유량센서(232b)를 각각 설치한 점이 상이하며, 그 밖의 하드웨어 구성에 관하여서는 동일하다. 또한, 도 23중에 제 8실시예와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙였다.
제 1 및 제 2유량센서(232a, 232b)는 전자 제어유닛(186)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 전자 제어유닛(186)에 의하면, 제 1 및 제 2유량센서(232a, 232b)의 검출값에 따라서 배압 조정밸브(182b, 184b)의 개방도를 조절하는 것에 의해 수소 가스 배출로(182)를 통과하는 수소가스의 유량과 산소가스 배출로(184)를 통과하는 산소가스의 유량과의 유량차를 항상 일정한 범위내로 유지하고 있다.
전자 제어유닛(186)의 CPU에서 실행되는 상기 배압 조정밸브의 제어처리에 대한 상세한 설명은 여기에서는 생략하지만, 중요한 것은, 제 8실시예의 도 19의 흐름도에 있어서의 압력센서의 검출값(P1, P2)을 양 유량 센서(232a, 232b)의 검출값으로 치환하고, 양 유량 센서(232a, 232b)의 검출값의 차분(差分)을 소정값으로 유지하는 제어를 실행한다.
이러한 구성에 의해 수소가스 정제기(60)의 출구측 유로를 통과하는 수소가스의 유량과 산소가스 정제기(168)의 출구측의 유로를 통과하는 산소가스의 유량과의 비율을 연료전지에서 소비하는 수소와 산소와의 비율로 일치시킬 수 있다. 따라서, 가스 생성장치(G2)에서 생성되는 수소, 산소의 각각을 과부족없이 연료전지에서 소비시킬 수 있다. 따라서, 연료전지 발전시스템 전체의 에너지 효율을 높일 수 도 있다. 또한, 수소와 산소의 가스 계통관에 일정 이상의 압력차가 발생하지 않기 때문에 연료전지 발전시스템의 안전성을 높일 수 있다.
본 발명의 제 12실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 24는 본 발명의 제 12실시예로서의 연료전지 발전시스템(300)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 상기 연료전지 발전시스템(300)은, 제 1실시예와 동일한 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC) 및 연료가스 공급통로(3)를 구비한다. 또한, 상기 연료전지 발전시스템(300)은 가스 생성장치(G)를 가열하는 가스버너(302)를 구비하고 있다.
가스버너(302)는, 연료전지 스택(FC)의 애노드의 수소가스 유로의 출구측에 설치되는 수소가스 배출로(304)와 관로(306)를 통해 접속되어 있으며, 수소가스 배출로(304)에서 배출되는 연료전지에서의 잔여분의 수소가스를 연소한다. 상기 가스버너(302)는 상세하게는 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)를 가열한다.
이러한 구성의 제 12실시예의 연료전지 발전시스템(300)에서는, 연료전지 스택(FC)에서의 잔여분의 수소가스에서 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)를 가열할 수 있으므로 가스버너(302)의 연료를 새롭게 필요로 하지 않으며, 시스템 전체의 에너지효율을 높일 수 있다. 그 위에, 연료전지 스택(FC)에서 배출되는 잔여분의 수소가스는 장치 밖으로의 배출이 어려우며, 그 처분을 위해 특별한 장치가 필요하였지만, 본 구성에 의해 그 처분을 위한 장치가 불필요하게 되어 시스템전체 구성의 간략화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제 13실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 25는 본 발명의 제 13실시예로서의 연료전지 발전시스템(310)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 상기 연료전지 발전시스템(310)은, 제 1실시예와 동일한 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC) 및 연료가스 공급통로(3)를 구비한다. 또한, 연료가스 공급통로(3)의 도중에는 변환기(312)가 설치되며, 이 변환기(312)에는 관로(314)를 통해 수소 저장탱크(315)가 접속되어 있다.
변환기(312)는 가스의 유로를, 가스 생성장치(G)에서 연료전지 스택(FC)으로 향하는 A방향으로, 가스 생성장치(G)에서 수소 저장탱크(315)로 향하는 B방향으로, 수소 저장탱크(315)에서 연료전지 스택(FC)으로 향하는 C방향으로 변경하는 것으로서, 전자 제어유닛(319)에서의 제어신호를 받아 그 전환을 행한다. 또한, 도면에서는 펌프의 기재를 생략하였지만, 상기 A 내지 C방향의 가스 흐름을 가능하게 하도록 적절한 위치에 펌프가 배치되어 있는 것으로 한다.
전자 제어유닛(319)의 CPU에서 실행되는 변환기(312)의 전환처리에 관하여, 도 26에 따라서 설명한다. 도 26에 나타내는 처리는 소정 시간마다 반복실행되는 것이다. 도시하듯이, 전자 제어유닛(319)의 CPU는 처리가 개시되면, 우선 연료전지 스택(FC)은, 기동, 운전 혹은 정지 중 어느 상태에 있는지를 외부에서의 스위치 등에서 판별한다(스텝 S321). 이어서, 연료전지 스택(FC)이 운전상태에 있다고 판별되면, 변환기(312)를 A방향의 포지션으로 변환하며(스텝 S322), 연료전지 스택(FC)이 정지상태에 있다고 판별되면, 변환기(312)를 B방향의 포지션으로 변환하며(스텝 S323), 또한 연료전지 스택(FC)이 기동상태로 있다고 판별되면, 변환기(312)를 C방향의 포지션으로 변환한다(스텝 S324), 스텝 S322, S323 또는 S324의 실행후, [리턴]으로 빠져 그 처리를 일단 종료한다.
본 구성에 의하면, 연료전지 스택(FC)이 운전상태로 있을때에는 변환기(312)가 A방향의 포지션으로 변환되어 가스 생성장치(G)에서 연료전지 스택(FC)에 연료가스가 공급되게 된다. 그리고, 연료전지 스택(FC)이 정지시로되면, 변환기(312)가 B방향의 포지션으로 변환되어 가스 생성장치(G)에서 수소 저장탱크(315)로 연료가스, 즉 수소가스가 공급된다.
일반적으로, 시스템 정지시에는 연료전지 스택(FC)은 바로 동작을 정지시킬 수 있는 것이기는 하지만, 가스 생성장치(G)는 바로 정지되지 않고, 잠시동안 수소가스를 계속 발생하게 된다. 이때문에 상술한 것과 같이 가스 생성장치(G)에서 수소 저장탱크(315)에 수소가스를 보내도록 변환되는 것에 의해, 시스템 정지후, 가스 생성장치(G)에서 발생하는 수소가스를 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성 대신에 시스템 정지시에 연료전지는 바로 정지시킨 후에도 수소 저장탱크(315)가 가득찰때까지는 가스 생성장치(G)의 운전을 계속하는 제어를 행하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 실시예의 연료전지 발전시스템(310)에서는, 연료전지 스택(FC)이 기동시로 된때에 변환기(312)가 C방향의 포지션으로 변환되어, 수소 저장탱크(315)에서 연료전지 스택(FC)으로 수소가 보내지기 때문에, 다음과 같은 효과를 얻는다.
일반적으로, 연료전지 발전시스템의 기동시에 있어서는 가스 생성장치(G)가 충분히 작동할 때까지 시간지연이 있지만, 이 구성에 의하면, 기동후, 연료전지 스택(FC)에 바로 연료를 공급할 수 있다. 또한, 통상, 연료전지 발전시스템의 기동시에 있어서는, 연료전지가 아직 운전되고 있지 않기 때문에, 그 연료전지의 배출열을 이용하여 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)를 가열하는 것이 불가능하다. 그 때문에 기동시 전용의 전기 히터를 설치할 필요가 있지만, 이것에 대하여 상기 구성의 연료전지 발전장치에서는 기동시에 있어서는 수소 저장탱크(315)에서 연료전지 스택(FC)에 수소가 보내지기 때문에, 기동시에는 가스 생성장치(G)의 운전이 불필요하게 되며, 상술한 기동시 전용의 전기히터를 설치할 필요가 없다. 이결과, 시스템 전체 구성의 간략화를 이룰 수 있다.
또한, 통상 운전시에는, 연료전지 스택(FC)이 운전을 개시하므로, 연료전지 스택(FC)의 배출열을 이용하거나(제 1실시예의 구성), 연료전지 스택(FC)에서의 연료가스의 잔여분을 연소시켜(제 12실시예의 구성) 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)를 가열하는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명의 제 14실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 27은, 본 발명의 제 14실시예로서의 연료전지 발전시스템(330)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이 이 연료 전지 발전시스템(330)은, 제 13실시예의 연료전지 발전시스템(310)과 비교하여 가스 생성장치(G)를 가열하는 가스버너(332)와, 수소 저장탱크(315)와 가스 버너(332)를 접속하는 관로(334)와, 관로(334)를 개폐하는 전자 밸브(336)를 구비하는 점이 상이하며, 그 밖의 하드웨어 구성은 동일하다. 또한, 도면에서 제 13실시예와 동일한 부분에는 동일부호를 붙였다.
가스버너(332)는 제 12실시예와 동일하게, 가스 생성장치(G)의 예비 반응조(30) 및 반응조(50)를 가열한다. 변환기(312)는 가스의 유로를 가스 생성장치(G)에서 연료전지 스택(FC)으로 향하는 A방향과, 가스 생성장치(G)에서 수소 저장탱크(315)로 향하는 B방향으로 변경하는 것으로, 전자 제어유닛(319)에서의 제어신호를 받아 그 변환을 행한다. 또한, 전자 제어유닛(319)에는, 전자밸브(336)가 전기적으로 접속되어 있으며, 전자 제어유닛(319)에서의 제어신호를 받아 관로(334)를 개폐제어한다.
전자 제어유닛(319)의 CPU에서 실행되는 변환기(312)의 변환처리에 관하여 도 28에 따라 설명한다. 도 28에 나타내는 처리는 소정시간마다 반복 실행되는 것이다. 도시하듯이 전자 제어유닛(319)의 CPU는 처리가 개시되면, 우선, 연료전지 스택(FC)은 기동, 운전 혹은 정지중 어느 상태에 있는지를 외부로부터의 스위치 등에서 판별한다(스텝 S341). 이어서, 연료전지 스택(FC)이 운전상태에 있다고 판별되면, 변환기(312)를 A방향의 포지션으로 변환(스텝 S342)하는 동시에 전자 밸브(336)를 폐쇄상태로 한다(스텝 S343). 한편, 스텝 S341에서 연료전지 스택(FC)이 정지 상태라고 판별되면, 변환기(312)를 B방향의 포지션으로 변환(스텝 S344)하는 동시에 전자밸브(336)를 폐쇄상태로 한다(스텝 S345). 다른 한편, 스텝 S341에서 연료전지 스택(FC)이 기동상태에 있다고 판별되면, 전자밸브(336)를 개방상태로 한다(스텝 S346), 스텝 S343, S345 또는 S346의 실행 후, [리턴]으로 빠져 이 처리를 일단 종료한다.
즉, 본 구성에 의하면, 제 13실시예와 동일하게 연료전지 스택(FC)이 운전상태로 있을때에는 변환기(312)가 A방향의 포지션으로 변환되어 가스 생성장치(G)에서 연료전지 스택(FC)에 연료가스가 공급되게 되며, 연료전지 스택(FC)이 정지시로 되면, 변환기(312)가 B방향의 포지션으로 변환되어 가스 생성장치(G)에서 수소 저장탱크(315)에 수소가스가 공급된다. 한편, 연료전지 스택(FC)의 기동시에는 전자 밸브(336)가 개방되어 수소 저장탱크(315)의 수소가스를 이용하여 가스버너(317)가 착화된다.
일반적으로, 연료전지 발전시스템의 기동시에 있어서는, 연료전지 스택(FC)의 배출열을 이용하여 가스 생성장치(G)가 충분히 동작될 때까지 시간지연이 있으므로, 연료전지 스택(FC)에 바로 연료를 공급할 수 없지만, 본 구성에 의하면, 가스버너(332)로 가열하는 것에 의해 기동시에 바로 가스 생성장치(G)의 운전을 실행할 수 있다. 이 때문에 기동시 전용의 전기 히터를 설치할 필요가 없이, 시스템 전체 구성의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 통상 운전시에는, 연료전지 스택(FC)이 운전을 개시하므로, 본 실시예와 같이 수소 저장탱크(315)의 수소가스를 이용하여 가스버너(317)를 착화시키는 구성으로 변환하여 연료전지 스택(FC)의 배출열을 이용하거나(제 1실시예의 구성). 연료전지 스택(FC)에서의 연료가스의 잔여분을 연소시켜(제 12실시예의 구성) 가스 생성장치(G)의 반응조(30, 50)를 가열하는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명의 제 15실시예에 관하여 다음에 설명한다. 도 29는 본 발명의 제 15실시예로서의 연료전지 발전시스템(350)의 개략구성을 나타내는 블록도이다. 도시하듯이, 본 연료전지 발전시스템(350)은 제 1실시예와 동일한 가스 생성장치(G), 연료전지 스택(FC), 연료가스 공급통로(3) 및 냉각수 순환로(도시생략)를 구비한다. 또한, 연료전지 스택(FC)의 애노드측의 세퍼레이터에 형성되는 수소가스유로의 출구측에는 수소가스 배출로(352)가 설치되며, 그 수소가스 배출로(352)에는 촉매 반응용기(354)가 접속되어 있다.
촉매 반응용기(354)는, 내부에 백금촉매를 충전한 용기로서, 수소가스 배출로(352)에서의 수소가스와 외기중의 공기와 혼합되어 그 백금촉매의 표면 위에 양자를 반응시켜 물을 생성하는 작용을 한다. 또한, 촉매로서는 백금이 바람직하지만, 저가격화, 장수명화를 위해 백금과 제 2성분원소로 이루어지는 합금촉매, 또는 백금과 제 2성분원소, 제 3성분원소로 이루어지는 합금촉매를 사용하는 구성으로 하여도 좋다. 구체적으로는, 제 2성분원소, 제 3성분원소로서는, 루테늄, 니켈, 코발트, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 철, 크롬, 바나듐등이다. 또한, 백금은, 그 자신을 반응용기내에 충전하는 방법이외에도 세라믹이나 철, 알루미늄등의 금속으로 가능한 한 담체 위에 담지하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 이 담체도 비즈(beads)형상, 펠렛형상, 디스크형상, 볼형상등 이외의 모노리스(monolith) 형상의 것을 사용하는 구성으로 해도 좋다.
촉매 반응용기(354)의 출력측은, 가스 생성장치(G)에 물을 공급하는 수조(43)(제 1실시예와 동일한 것)와 송수통로(356)를 통해 접속되어 있으며, 송수통로(356)에 설치된 펌프(358)에 의해 촉매 반응용기(354)에서 생성된 물이 수조(43)에 보내진다. 이 때문에 가스 생성장치(G)측에서 보면, 열분해 반응에 사용되는 재료가 연료전지의 운전에 따라서 차례로 보급되므로, 물을 저장하는 수조를 소형으로 할 수 있고, 또한, 물의 저장량도 적게 할 수 있다. 또한, 연료전지 스택(FC)에서 보면, 수소가스를 포함하는 애노드측 잔여가스를 그대로 대기중에 방출해서는 않되기때문에 본 구성에 의해 그 잔여가스를 유효하게 이용할 수 있으며, 시스템 전체로서의 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 수소가스 배출로(352)의 도중에 밸브를 설치하며, 연료전지 스택(FC)의 정지시에 한정하여, 이 밸브를 개방상태로 하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 통상, 연료전지 스택(FC)의 정지시에는 부하를 분리하며, 반응가스의 공급을 정지하는 것에 의해 빠르게 연료전지 스택(FC)의 운전을 정지시킬 수 있지만, 열분해 반응에 의한 처리를 행하는 상기 가스 생성장치(G)는 빠르게 운전을 정지시킬 수는 없다. 이때문에 연료전지 스택(FC)의 정지후에도 가스 생성장치(G)에서 수소가스가 계속 발행하고, 연료전지 발전시스템의 에너지효율을 저하시키게 된다. 이것에 대하여 상기와 같이 연료전지 스택(FC)의 정지시에 잔여가스가 촉매 반응용기(354)에 보내지는 구성으로 하는 것으로, 연료전지 스택(FC)의 정지후에도 발생하는 가스 생성장치(G)에서의 수소가스를 유효하게 이용할 수 있으며, 에너지 효율을 높일 수 있다.
이상 본 발명의 몇몇 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 하등 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위내에서, 여러가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (19)

  1. 수소를 함유하는 반응가스를 생성하는 가스 생성수단과, 촉매를 담지한 전극에 반응가스의 공급을 받아, 그 반응가스의 전기화학 반응에 의해 기전력을 얻는 연료전지와, 상기 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 상기 연료전지로 보내는 반응가스 공급로를 구비하는 연료전지 발전장치에 있어서, 상기 가스 생성수단은, 열을 발생하는 발열수단과, 할로겐과 물을 반응시켜 생성되는 할로겐화 수소산을 할로겐화 수소산 분해 촉진 촉매와 함께 수용하며, 상기 발열수단으로부터의 열을 받아 열분해 반응을 일으키는 반응조를 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 상기 발열수단에 전달하는 열전달 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연료전지는, 상기 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생 온도보다도 높은 온도로 운전되도록 구성되며, 또한, 상기 연료전지의 주위에 설치되어 냉각수를 흘려 보내는 냉각수 유로를 구비함과 함께, 상기 열전달 수단은, 상기 냉각수 유로에 접속되어, 상기 냉각수를 상기 냉각수 유로와 상기 발열 수단과의 사이에서 순환시키는 순환수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연료전지는, 상기 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도로 운전되도록 구성되며, 상기 열전달 수단은, 상기 연료전지로부터의 열을 상기 열분해 반응의 발생온도보다 높은 온도로 승온시키는 열량 증대수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연료전지의 주위에 설치되어 냉각수를 흘려보내는 냉각수 유로를 구비함과 함께, 상기 열전달수단은, 상기 냉각수 유로에 접속되어, 상기 냉각수를 상기 열량 증대수단을 통해 상기 발열수단으로 보내는 제 1유로와, 상기 열량 증대수단을 우회하여 상기 냉각수를 상기 냉각수 유로로부터 상기 발열수단으로 보내는 제 2유로와, 상기 연료전지의 운전시와 정지시를 판별하는 판별수단과, 상기 판별수단에 의해 상기 연료전지의 운전시가 판별된 때, 상기 제 1유로를 개방하며, 상기 연료전지의 정지시가 판별된 때, 상기 제 2유로를 개방하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 연료전지는, 상기 반응조에 있어서의 열분해 반응의 발생온도보다도 낮은 온도로 운전되도록 구성되며, 또한, 상기 연료전지의 주위에 배치되어 냉각수를 흘려 보내는 냉각수 유로와, 상기 연료전지의 정지시를 판별하는 판별수단과, 상기 판별수단에 의해 상기 연료전지의 정지시가 판별된 때, 상기 냉각수 유로의 냉각수를 상기 발열수단으로 보내는 배송수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 연료전지의 정지시에, 상기 냉각수 유로의 냉각수를 상기 반응조에 수용하는 할로겐화 수소산을 생성하는 재료를 저장하는 저장조의 주변으로 보내는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료전지의 전극에 공급된 반응가스를 상기 연료전지로부터 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 폐쇄하는 폐쇄수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료전지에서 전기 화학반응에 따라서 발생하는 수증기를 응축하여 물을 회수하는 물 회수 수단과, 상기 물 회수 수단으로 회수된 물을 상기 할로겐화 수소산을 생성하는 재료로서 사용하는 물 이용수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 할로겐을 저장하는 할로겐조와, 물을 저장하는 수조(水槽)와, 상기 할로겐조와 수조에서 할로겐과 물을 각각 상기 반응조로 보내는 송출수단을 구비하며, 상기 발열수단은 상기 반응조의 부근에 배치되며, 또한, 상기 가스 생성수단은 상기 반응조에서 발생되는 가스에서 수소를 정제하는 수소 정제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 상기 할로겐조 또는 수조에 전달하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가스 생성수단은, 상기 반응조에서 발생되는 가스에서 산소를 정제하는 산소 정제수단을 구비하며, 또한, 상기 산소 정제수단에서 정제된 산소를 상기 연료전지로 보내는 산소 가스 공급로를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가스 생성수단으로부터 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 가스 생성수단으로부터 상기 산소가스 공급로를 통해 산소가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 산소가스의 잔여분을 배출하는 산소가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 1밸브체와, 상기 산소가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 2밸브체와, 상기 반응가스 배출로 안의 가스압을 검출하는 제 1압력센서와, 상기 산소가스 배출로 안의 가스압을 검출하는 제 2압력센서와, 상기 제 1압력센서에서 검출된 가스압과 상기 제 2압력센서에서 검출된 가스압과의 압력차를 구하는 산출수단과, 상기 제 1밸브체 및 제 2밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해, 상기 산출수단에 의해 구해지는 압력차를 미리 정해진 소정값으로 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 가스 생성수단에서 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 밸브체를 구비함과 함께, 상기 수소 정제수단은, 수소를 선택적으로 투과시키는 여과막을 구비하며, 또한, 상기 여과막의 전후 압력차를 검출하는 압력차 검출수단과, 상기 밸브체의 개방도를 조정하는 것에 의해 상기 압력차 검출수단에 의해 검출되는 압력차를 미리 정해진 소정 범위내로 유지하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 가스 생성수단에서 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로와, 상기 가스 생성수단에서 상기 산소가스 공급로를 통해 산소가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 산소가스의 잔여분을 배출하는 산소가스 배출로와, 상기 반응가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 1밸브체와, 상기 산소가스 배출로를 통과하는 가스의 유량을 조정하는 제 2밸브체와, 상기 수소가스 정제수단의 출구측 유로중의 가스유량을 검출하는 제 1센서와, 상기 산소가스 정제수단의 출구측의 유로중의 가스유량을 검출하는 제 2센서와, 상기 제 1밸브체 및 제 2밸브체의 개방도를 각각 조정하는 것에 의해, 상기 제 1센서에서 검출되는 유량과 상기 제 2센서에서 검출되는 유량과의 비율을 상기 연료전지에서 소비되는 수소와 산소와의 비율로 일치시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 가스 생성수단으로부터 상기 반응가스 공급로를 통해 반응가스의 공급을 받는 상기 연료전지에 접속되며, 상기 연료전지에서 소비된 반응가스의 잔여분을 배출하는 반응가스 배출로를 구비함과 함께, 상기 발열수단은, 상기 반응가스 배출로에서의 반응가스를 연소시켜 열을 발생하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 저장하는 저장수단을 구비함과 함께, 상기 발열수단은, 상기 저장수단에 저장된 반응가스를 연소시켜 열을 발생하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  18. 제1항, 제2항, 제16항 또는 제17항중 어느 한항에 있어서, 상기 가스 생성수단에 의해 생성되는 반응가스를 저장하는 저장수단과, 상기 연료전지의 기동시에, 상기 저장수단에 저장된 반응가스를 상기 반응가스 공급로에서 상기 연료전지로 보내는 기동시 반응가스 공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료전지로부터 배출되는 잔여분의 반응가스와 외부에서 공급되는 산소 함유가스로부터 물을 생성하는 물 생성수단과, 상기 물 생성수단에 의해 생성된 물을 상기 할로겐화 수소산을 생성하는 재료로서 사용하는 물 이용수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 발전장치.
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