JP3349802B2 - 燃料電池シール用窒素ガスの再生方法及び装置 - Google Patents
燃料電池シール用窒素ガスの再生方法及び装置Info
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池による発電装
置において、窒素ガスを循環させて燃料電池本体のシー
ルや装置内部のパージ等に利用するための方法及び装置
に関するものである。
置において、窒素ガスを循環させて燃料電池本体のシー
ルや装置内部のパージ等に利用するための方法及び装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の燃料電池による発電装置
の一例を示したものである。この装置におけるガスの流
れは、主として燃料ガス系統と、空気系統とに分けられ
る。
の一例を示したものである。この装置におけるガスの流
れは、主として燃料ガス系統と、空気系統とに分けられ
る。
【０００３】Ａ）燃料ガス系統 まず、原燃料ガス（天然ガス）は、圧送機１０から熱交
換器１２、脱硫反応器１４、及び熱交換器１６を順に通
って改質器１８に導入され、この改質器１８に設けられ
たバーナによる加熱で改質ガスに変化する。この改質ガ
スは、上記熱交換器１６、熱交換器２０、高温ＣＯ変成
器２２、上記熱交換器１２、熱交換器２４、低温ＣＯ変
成器２６、熱交換器２８、排熱回収熱交換器３０を順に
通って燃料ガス気水分離器３２に導入される。この気水
分離器３２で分離された水分は水処理装置３４へ導入さ
れ、ガス分の一部は循環用ブロア３６によって天然ガス
側に戻される。残りのガスは上記熱交換器２８を通じて
各燃料電池３８の燃料極４０Ａに供給され、この燃料電
池３８内で反応することにより電力を発生させる。反応
後のガスは燃料極４０Ａから電池排燃料として導出さ
れ、通路４１Ａを通じて図４に示すような改質器１８の
バーナ１９に供給される。
換器１２、脱硫反応器１４、及び熱交換器１６を順に通
って改質器１８に導入され、この改質器１８に設けられ
たバーナによる加熱で改質ガスに変化する。この改質ガ
スは、上記熱交換器１６、熱交換器２０、高温ＣＯ変成
器２２、上記熱交換器１２、熱交換器２４、低温ＣＯ変
成器２６、熱交換器２８、排熱回収熱交換器３０を順に
通って燃料ガス気水分離器３２に導入される。この気水
分離器３２で分離された水分は水処理装置３４へ導入さ
れ、ガス分の一部は循環用ブロア３６によって天然ガス
側に戻される。残りのガスは上記熱交換器２８を通じて
各燃料電池３８の燃料極４０Ａに供給され、この燃料電
池３８内で反応することにより電力を発生させる。反応
後のガスは燃料極４０Ａから電池排燃料として導出さ
れ、通路４１Ａを通じて図４に示すような改質器１８の
バーナ１９に供給される。
【０００４】Ｂ）空気系統 この系統では、原料空気が圧縮機５２、冷却器５４、及
び圧縮機５６を順に通って各燃料電池３８の空気極４０
Ｂに供給され、この空気内の酸素が上記燃料の燃焼に消
費されて残りのガスは窒素ガスに富んだ電池排空気（ア
ノード排ガス）となる。この電池排空気は、通路４１
Ｂ、及び熱交換器２０，４２を通じて上記図４の改質器
バーナ１９へ送られる。
び圧縮機５６を順に通って各燃料電池３８の空気極４０
Ｂに供給され、この空気内の酸素が上記燃料の燃焼に消
費されて残りのガスは窒素ガスに富んだ電池排空気（ア
ノード排ガス）となる。この電池排空気は、通路４１
Ｂ、及び熱交換器２０，４２を通じて上記図４の改質器
バーナ１９へ送られる。
【０００５】なお、改質器１８で発生した燃焼ガスは、
上記熱交換器４２、タービン４４、熱交換器４６、及び
冷却器４８を順に通って排ガス気水分離器５０に送ら
れ、分離された水分は上記水処理装置３４へ送られる一
方、ガス分は排気筒５２を通じて系外へ排出される。
上記熱交換器４２、タービン４４、熱交換器４６、及び
冷却器４８を順に通って排ガス気水分離器５０に送ら
れ、分離された水分は上記水処理装置３４へ送られる一
方、ガス分は排気筒５２を通じて系外へ排出される。
【０００６】ところで、このような発電装置では、燃料
電池本体内外のシールや装置内の昇圧、パージ等を行う
ために窒素ガスが使用される。例えば、燃料電池３８に
おいては、両極４０Ａ，４０Ｂを含む燃料電池本体を外
部からシールするために、この燃料電池本体の周囲に図
４に示すようなシール部３９が設けられ、このシール部
３９にシール用窒素ガスが供給されるとともに、この窒
素ガスと燃料電池本体からリークした不純物（ＣＨ4，
Ｈ2，ＣＯ，ＣＯ2，Ｏ2，Ｈ2Ｏ等）との混合ガスが上記
シール部３９から排気されるようになっている。
電池本体内外のシールや装置内の昇圧、パージ等を行う
ために窒素ガスが使用される。例えば、燃料電池３８に
おいては、両極４０Ａ，４０Ｂを含む燃料電池本体を外
部からシールするために、この燃料電池本体の周囲に図
４に示すようなシール部３９が設けられ、このシール部
３９にシール用窒素ガスが供給されるとともに、この窒
素ガスと燃料電池本体からリークした不純物（ＣＨ4，
Ｈ2，ＣＯ，ＣＯ2，Ｏ2，Ｈ2Ｏ等）との混合ガスが上記
シール部３９から排気されるようになっている。
【０００７】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記のような
窒素ガスの使用期間及び使用量をグラフにしたものであ
る。同図（ａ）に示すように、通常運転時には、燃料電
池本体を外部からシールするために上記シール部３９に
窒素ガスが少量ずつコンスタントに供給される。また、
装置起動時には、同図（ｂ）に示すように、改質系を昇
圧させるのに窒素ガスが使用された後、昇温時間をおい
て燃料電池の昇圧に再び窒素ガスが使用される。さら
に、装置停止時には、同図（ｃ）に示すように、降温時
間が経過した後に燃料電池電極のパージ用及び改質系の
パージ用としてそれぞれ窒素ガスが使用される。
窒素ガスの使用期間及び使用量をグラフにしたものであ
る。同図（ａ）に示すように、通常運転時には、燃料電
池本体を外部からシールするために上記シール部３９に
窒素ガスが少量ずつコンスタントに供給される。また、
装置起動時には、同図（ｂ）に示すように、改質系を昇
圧させるのに窒素ガスが使用された後、昇温時間をおい
て燃料電池の昇圧に再び窒素ガスが使用される。さら
に、装置停止時には、同図（ｃ）に示すように、降温時
間が経過した後に燃料電池電極のパージ用及び改質系の
パージ用としてそれぞれ窒素ガスが使用される。
【０００８】そこで従来は、このような窒素ガスを発電
装置に供給すべく、図３に示すような液体窒素タンクロ
ーリ車５８及び図３，４に示すような窒素貯蔵装置６０
を設置し、この窒素貯蔵装置６０から通路６２や通路６
３を通じて上記シール部３９をはじめとする窒素使用個
所に窒素ガスを分配することが行われている。
装置に供給すべく、図３に示すような液体窒素タンクロ
ーリ車５８及び図３，４に示すような窒素貯蔵装置６０
を設置し、この窒素貯蔵装置６０から通路６２や通路６
３を通じて上記シール部３９をはじめとする窒素使用個
所に窒素ガスを分配することが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来
は、比較的高価な窒素ガスを全て装置外部から多量に装
置内に供給し、しかも、一旦供給された窒素ガスを使用
後そのまま系外へ排出しているため、窒素ガスの消費量
は膨大なものとなっており、これが発電コスト削減の大
きな妨げとなっている。
は、比較的高価な窒素ガスを全て装置外部から多量に装
置内に供給し、しかも、一旦供給された窒素ガスを使用
後そのまま系外へ排出しているため、窒素ガスの消費量
は膨大なものとなっており、これが発電コスト削減の大
きな妨げとなっている。
【００１０】本発明は、このような事情に鑑み、燃料電
池による発電装置において、装置外部から供給が必要な
窒素ガスの量を削減することができる方法及び装置を提
供することを目的とする。
池による発電装置において、装置外部から供給が必要な
窒素ガスの量を削減することができる方法及び装置を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、燃料極及び酸素極を有する燃
料電池本体と、この燃料電池本体を外部からシールする
シール部とを備え、上記燃料極に燃料ガスを導入して上
記酸素極に酸素含有ガスを導入し、各極からそれぞれ排
燃料及び排空気を導出するとともに、上記シール部にシ
ール用窒素ガスを導入するように構成された燃料電池に
よる発電装置において、上記シール部から不純物含有窒
素ガスを導出し、この不純物含有窒素ガスに上記酸素極
から導出した排空気を混合し、この混合ガスから窒素ガ
スを精製分離して上記発電装置の窒素使用個所に供給す
るものである（請求項１）。
の手段として、本発明は、燃料極及び酸素極を有する燃
料電池本体と、この燃料電池本体を外部からシールする
シール部とを備え、上記燃料極に燃料ガスを導入して上
記酸素極に酸素含有ガスを導入し、各極からそれぞれ排
燃料及び排空気を導出するとともに、上記シール部にシ
ール用窒素ガスを導入するように構成された燃料電池に
よる発電装置において、上記シール部から不純物含有窒
素ガスを導出し、この不純物含有窒素ガスに上記酸素極
から導出した排空気を混合し、この混合ガスから窒素ガ
スを精製分離して上記発電装置の窒素使用個所に供給す
るものである（請求項１）。
【００１２】この方法では、上記不純物を除去した窒素
ガスの少なくとも一部を一旦貯蔵しておき、後にこの貯
蔵ガスを上記発電個所の窒素使用個所に供給する（請求
項２）ことが、より好ましい。
ガスの少なくとも一部を一旦貯蔵しておき、後にこの貯
蔵ガスを上記発電個所の窒素使用個所に供給する（請求
項２）ことが、より好ましい。
【００１３】また本発明は、上記方法を実施するための
装置として、燃料極及び酸素極を有する燃料電池本体
と、この燃料電池本体を外部からシールするシール部と
を備え、上記燃料極に燃料ガスを導入して上記酸素極に
酸素含有ガスを導入し、各極からそれぞれ排燃料及び排
空気を導出するとともに、上記シール部にシール用窒素
ガスを導入するように構成された燃料電池による発電装
置において、上記シール部から不純物含有窒素ガスを導
出して上記発電装置の窒素使用個所に供給するための窒
素循環通路と、上記シール部から導出した不純物含有窒
素ガスに上記酸素極から導出された富窒素ガスを混合さ
せるための富窒素ガス導入通路と、上記窒素循環通路中
に設けられ、上記不純物含有窒素ガスと上記富窒素ガス
との混合ガスから窒素ガスを精製分離する窒素分離装置
とを備えたものである（請求項３）。
装置として、燃料極及び酸素極を有する燃料電池本体
と、この燃料電池本体を外部からシールするシール部と
を備え、上記燃料極に燃料ガスを導入して上記酸素極に
酸素含有ガスを導入し、各極からそれぞれ排燃料及び排
空気を導出するとともに、上記シール部にシール用窒素
ガスを導入するように構成された燃料電池による発電装
置において、上記シール部から不純物含有窒素ガスを導
出して上記発電装置の窒素使用個所に供給するための窒
素循環通路と、上記シール部から導出した不純物含有窒
素ガスに上記酸素極から導出された富窒素ガスを混合さ
せるための富窒素ガス導入通路と、上記窒素循環通路中
に設けられ、上記不純物含有窒素ガスと上記富窒素ガス
との混合ガスから窒素ガスを精製分離する窒素分離装置
とを備えたものである（請求項３）。
【００１４】この装置では、上記窒素分離装置で精製さ
れた窒素ガスの少なくとも一部を貯蔵する窒素ガスタン
クを備えることが、より好ましい（請求項４）。
れた窒素ガスの少なくとも一部を貯蔵する窒素ガスタン
クを備えることが、より好ましい（請求項４）。
【００１５】また、上記不純物除去手段として上記循環
ガス中に含まれる不純物を酸化反応させる触媒燃焼装置
を備え、原燃料ガスを加熱することにより改質ガスを生
成する改質器とを備える場合、上記窒素循環通路におい
て上記触媒燃焼装置の上流側に設けられ、上記改質器か
ら排出される燃焼ガスと循環ガスとを熱交換させること
によりこの循環ガスを上記酸化反応が可能な温度まで加
熱する熱交換手段とを備えることにより、後述のような
より優れた効果が得られる（請求項５）。
ガス中に含まれる不純物を酸化反応させる触媒燃焼装置
を備え、原燃料ガスを加熱することにより改質ガスを生
成する改質器とを備える場合、上記窒素循環通路におい
て上記触媒燃焼装置の上流側に設けられ、上記改質器か
ら排出される燃焼ガスと循環ガスとを熱交換させること
によりこの循環ガスを上記酸化反応が可能な温度まで加
熱する熱交換手段とを備えることにより、後述のような
より優れた効果が得られる（請求項５）。
【００１６】
【作用】請求項１，３記載の方法及び装置によれば、燃
料電池シール部より導出された不純物含有窒素ガスから
不純物を除去し、これを窒素ガスの使用個所へ供給する
ようにしているので、発電装置の運転に必要な窒素ガス
の少なくとも一部は発電装置内で精製されることにな
る。すなわち、発電装置内で窒素ガスが循環され、再利
用されることとなり、その分、外部からの供給を要する
窒素ガス量が削減される。
料電池シール部より導出された不純物含有窒素ガスから
不純物を除去し、これを窒素ガスの使用個所へ供給する
ようにしているので、発電装置の運転に必要な窒素ガス
の少なくとも一部は発電装置内で精製されることにな
る。すなわち、発電装置内で窒素ガスが循環され、再利
用されることとなり、その分、外部からの供給を要する
窒素ガス量が削減される。
【００１７】より具体的には、上記シール部から導出し
た不純物含有窒素ガスに酸素極から導出した富窒素ガス
を混ぜ、この混合ガスから窒素ガスを分離精製するよう
にしているので、再利用される窒素ガス量をさらに増や
すことができる。
た不純物含有窒素ガスに酸素極から導出した富窒素ガス
を混ぜ、この混合ガスから窒素ガスを分離精製するよう
にしているので、再利用される窒素ガス量をさらに増や
すことができる。
【００１８】また、請求項２，４記載の方法及び装置で
は、循環窒素ガスのうちの余剰分を一旦貯蔵しておき、
その後適当な時期に使用することにより、循環窒素ガス
をより有効に活用することができる。
は、循環窒素ガスのうちの余剰分を一旦貯蔵しておき、
その後適当な時期に使用することにより、循環窒素ガス
をより有効に活用することができる。
【００１９】ここで、上記不純物の除去手段として不純
物を酸化反応させる触媒燃焼装置を用いる場合には、上
記循環ガスを上記酸化反応が可能な温度まで予め加熱し
ておく必要があるが、請求項５記載の装置では、改質器
から排出された燃焼ガスと上記循環ガスとを熱交換させ
ることにより循環ガスを昇温させているので、特別な加
熱手段を付設することなく、また外部からほとんどエネ
ルギを供給することなく不純物除去を行うことができ
る。
物を酸化反応させる触媒燃焼装置を用いる場合には、上
記循環ガスを上記酸化反応が可能な温度まで予め加熱し
ておく必要があるが、請求項５記載の装置では、改質器
から排出された燃焼ガスと上記循環ガスとを熱交換させ
ることにより循環ガスを昇温させているので、特別な加
熱手段を付設することなく、また外部からほとんどエネ
ルギを供給することなく不純物除去を行うことができ
る。
【００２０】
【実施例】本発明の実施例を図１〜図２に基づいて説明
する。なお、この実施例において発電装置全体の構成は
前記図３及び図４に示したものと同等であり、ここでは
その説明を省略する。
する。なお、この実施例において発電装置全体の構成は
前記図３及び図４に示したものと同等であり、ここでは
その説明を省略する。
【００２１】この実施例に示す装置では、図１に示すよ
うな燃料電池シール部３９が設けられ、このシール部３
９は、両極４０Ａ，４０Ｂを含む燃料電池本体と、燃料
電池３８外部とをシールするように構成されており、具
体的には、このシール部３９内に窒素ガスが供給される
ことにより上記シールが行われるようになっている。そ
して、この装置の特徴として、上記シール部３９から導
出したガスを再びシール部３９入口に循環させるための
窒素循環通路６６が設けられている。この窒素循環通路
６６の途中には、その上流側から順に、熱交換器６８、
熱交換器（熱交換手段）７０、触媒燃焼装置７２、上記
熱交換器６８、熱交換器７３、窒素分離装置７４、圧縮
機７６、及び弁７８が設けられている。
うな燃料電池シール部３９が設けられ、このシール部３
９は、両極４０Ａ，４０Ｂを含む燃料電池本体と、燃料
電池３８外部とをシールするように構成されており、具
体的には、このシール部３９内に窒素ガスが供給される
ことにより上記シールが行われるようになっている。そ
して、この装置の特徴として、上記シール部３９から導
出したガスを再びシール部３９入口に循環させるための
窒素循環通路６６が設けられている。この窒素循環通路
６６の途中には、その上流側から順に、熱交換器６８、
熱交換器（熱交換手段）７０、触媒燃焼装置７２、上記
熱交換器６８、熱交換器７３、窒素分離装置７４、圧縮
機７６、及び弁７８が設けられている。
【００２２】上記熱交換器７０は、上記シール部３８か
ら熱交換器６８を通じて導出されてきた循環ガスと、上
記改質器１８から通路８０及び弁８２を通じて導出され
てきた高温（この実施例では600℃以上)の燃焼ガスとを
熱交換させることにより、上記循環ガスを500℃以上ま
で加熱し、触媒燃焼装置７２に導入するものである。
ら熱交換器６８を通じて導出されてきた循環ガスと、上
記改質器１８から通路８０及び弁８２を通じて導出され
てきた高温（この実施例では600℃以上)の燃焼ガスとを
熱交換させることにより、上記循環ガスを500℃以上ま
で加熱し、触媒燃焼装置７２に導入するものである。
【００２３】触媒燃焼装置７２は、触媒燃焼反応器から
なり、その内部には、例えばロジウムアルミナ触媒等、
ＣＨ4，Ｈ2，ＣＯといった不純物の酸化反応を促す触媒
が充填されており、これらの不純物がこの触媒燃焼反応
器内でＨ2Ｏとなり、もしくはＣＯ2とＨ2Ｏとに分解さ
れるようになっている。
なり、その内部には、例えばロジウムアルミナ触媒等、
ＣＨ4，Ｈ2，ＣＯといった不純物の酸化反応を促す触媒
が充填されており、これらの不純物がこの触媒燃焼反応
器内でＨ2Ｏとなり、もしくはＣＯ2とＨ2Ｏとに分解さ
れるようになっている。
【００２４】窒素分離装置７４は、上記触媒反応装置７
２で不純物が除去された循環窒素ガスをさらに精製する
ものであり、この実施例では図２に示すような構成とな
っている。
２で不純物が除去された循環窒素ガスをさらに精製する
ものであり、この実施例では図２に示すような構成とな
っている。
【００２５】すなわち、この窒素分離装置７４は窒素Ｐ
ＳＡ装置で構成されており、窒素圧縮機１０４、活性炭
塔１０６、２塔の吸着塔１０８、吸着塔上流側の切換弁
１１０、吸着塔下流側の切換弁１１２、及び窒素ガス槽
１１４を備え、各吸着塔１０８には、例えばカーボンモ
レキュラシーブ等、酸素を優先的に吸着する吸着剤が充
填されている。
ＳＡ装置で構成されており、窒素圧縮機１０４、活性炭
塔１０６、２塔の吸着塔１０８、吸着塔上流側の切換弁
１１０、吸着塔下流側の切換弁１１２、及び窒素ガス槽
１１４を備え、各吸着塔１０８には、例えばカーボンモ
レキュラシーブ等、酸素を優先的に吸着する吸着剤が充
填されている。
【００２６】この装置において、吸着工程では、上記富
窒素ガス移送通路７４から導入された富窒素ガスが窒素
圧縮機１０４及び活性炭塔１０６を通じて吸着塔１０８
に導入されて酸素が吸着剤に吸着され、窒素ガスは窒素
ガス槽１１４内に貯蔵される。そして、この窒素ガス槽
１１４内の窒素ガスが圧縮機７６へ適宜導出されるよう
になっている。
窒素ガス移送通路７４から導入された富窒素ガスが窒素
圧縮機１０４及び活性炭塔１０６を通じて吸着塔１０８
に導入されて酸素が吸着剤に吸着され、窒素ガスは窒素
ガス槽１１４内に貯蔵される。そして、この窒素ガス槽
１１４内の窒素ガスが圧縮機７６へ適宜導出されるよう
になっている。
【００２７】また、この装置では、酸素極４０Ｂから通
路４１Ｂを通じて排出される燃焼ガス（すなわち既に酸
素が消費された富窒素ガス）の一部を上記窒素循環通路
６６へ導く富窒素ガス通路４１Ｃが設けられており、こ
の富窒素ガス通路４１Ｃの途中に弁８４が設けられてい
る。さらに、窒素循環通路６６においては、上記圧縮機
７６で圧縮された精製窒素ガスの一部を貯蔵するための
窒素ガスタンク８８が設けられ、その上流側及び下流側
に弁８６，９０が設けられており、この窒素ガスタンク
８８内の窒素ガスが上記弁９０を通じて上記シール部３
８以外の窒素使用個所、例えば昇圧対象個所やパージ対
象個所等に適宜供給されるようになっている。
路４１Ｂを通じて排出される燃焼ガス（すなわち既に酸
素が消費された富窒素ガス）の一部を上記窒素循環通路
６６へ導く富窒素ガス通路４１Ｃが設けられており、こ
の富窒素ガス通路４１Ｃの途中に弁８４が設けられてい
る。さらに、窒素循環通路６６においては、上記圧縮機
７６で圧縮された精製窒素ガスの一部を貯蔵するための
窒素ガスタンク８８が設けられ、その上流側及び下流側
に弁８６，９０が設けられており、この窒素ガスタンク
８８内の窒素ガスが上記弁９０を通じて上記シール部３
８以外の窒素使用個所、例えば昇圧対象個所やパージ対
象個所等に適宜供給されるようになっている。
【００２８】次に、この実施例装置の作用を説明する。
【００２９】装置始動当初、シール用窒素ガスは窒素貯
蔵装置６０から通路６２を通じて燃料電池３８のシール
部３９内に供給される。この燃料電池においては、その
本体内外の濃度差に起因して、ＣＨ4，Ｈ2，ＣＯ，ＣＯ
2，Ｏ2，Ｈ2Ｏといった不純物が燃料電池本体からシー
ル部３９へリークし、上記シール用窒素ガス内に混入す
る。そして、この不純物含有窒素ガスが貯蔵循環通路６
６を通じてシール部３９外へ導出される。
蔵装置６０から通路６２を通じて燃料電池３８のシール
部３９内に供給される。この燃料電池においては、その
本体内外の濃度差に起因して、ＣＨ4，Ｈ2，ＣＯ，ＣＯ
2，Ｏ2，Ｈ2Ｏといった不純物が燃料電池本体からシー
ル部３９へリークし、上記シール用窒素ガス内に混入す
る。そして、この不純物含有窒素ガスが貯蔵循環通路６
６を通じてシール部３９外へ導出される。
【００３０】この導出されたガスは、酸素極４０Ｂから
排出されて富窒素ガス通路４１Ｃにより導かれてきた燃
焼ガス（既に酸素が消費された富窒素ガス）と混合され
る。この混合ガスは、熱交換器６８を通った後、熱交換
器７０で改質器１８の燃焼ガスと熱交換することにより
酸化反応可能な温度（500℃以上）に加熱され、この高
温状態で触媒反応装置７２に導入される。この触媒反応
装置７２において、ＣＨ4，Ｈ2，ＣＯといった不純物が
酸化反応してそのガスが熱交換器６８，７３を通じて窒
素分離装置７４に導入されることにより、このガスから
さらに窒素ガスが分離精製される。このガスは、圧縮機
７６及び弁７８を通じて通路６２に戻され、シール用窒
素ガスとして再利用に供される。
排出されて富窒素ガス通路４１Ｃにより導かれてきた燃
焼ガス（既に酸素が消費された富窒素ガス）と混合され
る。この混合ガスは、熱交換器６８を通った後、熱交換
器７０で改質器１８の燃焼ガスと熱交換することにより
酸化反応可能な温度（500℃以上）に加熱され、この高
温状態で触媒反応装置７２に導入される。この触媒反応
装置７２において、ＣＨ4，Ｈ2，ＣＯといった不純物が
酸化反応してそのガスが熱交換器６８，７３を通じて窒
素分離装置７４に導入されることにより、このガスから
さらに窒素ガスが分離精製される。このガスは、圧縮機
７６及び弁７８を通じて通路６２に戻され、シール用窒
素ガスとして再利用に供される。
【００３１】以上のように、この装置では、上記シール
部３９から導出した不純物含有ガスから不純物を除去し
ながらこのガスを循環させ、シール用ガスとして再利用
するようにしているので、外部から（図１では窒素貯蔵
装置６０から）供給しなければならない窒素ガス必要量
を大幅に削減することができる。従って、必要な窒素ガ
スを極めて安価に得ることができ、発電コストを大幅に
削減することができる。
部３９から導出した不純物含有ガスから不純物を除去し
ながらこのガスを循環させ、シール用ガスとして再利用
するようにしているので、外部から（図１では窒素貯蔵
装置６０から）供給しなければならない窒素ガス必要量
を大幅に削減することができる。従って、必要な窒素ガ
スを極めて安価に得ることができ、発電コストを大幅に
削減することができる。
【００３２】しかも、この装置では、触媒燃焼装置７２
において不純物の酸化反応により不純物を除去する際、
改質器１８の排熱を利用して循環ガスを酸化反応可能温
度まで昇温させるようにしているので、特別な加熱手段
を要することなく、また外部からほとんどエネルギ供給
を行うことなく不純物の除去を行うことができる。
において不純物の酸化反応により不純物を除去する際、
改質器１８の排熱を利用して循環ガスを酸化反応可能温
度まで昇温させるようにしているので、特別な加熱手段
を要することなく、また外部からほとんどエネルギ供給
を行うことなく不純物の除去を行うことができる。
【００３３】さらに、この装置では、シール部３９から
排出されるガスに加えて酸素極４０Ｂから排出される富
窒素ガスも循環させることにより、さらに多くの窒素ガ
スを再利用することができる。また、余剰の窒素ガスは
一旦窒素ガスタンク８８内に収容しておき、必要な時期
に適宜払い出すことにより、窒素ガスをより効率よく活
用することができ、運転コストをさらに削減することが
できる。
排出されるガスに加えて酸素極４０Ｂから排出される富
窒素ガスも循環させることにより、さらに多くの窒素ガ
スを再利用することができる。また、余剰の窒素ガスは
一旦窒素ガスタンク８８内に収容しておき、必要な時期
に適宜払い出すことにより、窒素ガスをより効率よく活
用することができ、運転コストをさらに削減することが
できる。
【００３４】なお、この装置では上記触媒燃焼装置７２
に加えて窒素分離装置７４を設置しているが、不純物が
全て触媒燃焼装置７２で処理できるものである場合に
は、窒素分離装置７４は省略することも可能である。
に加えて窒素分離装置７４を設置しているが、不純物が
全て触媒燃焼装置７２で処理できるものである場合に
は、窒素分離装置７４は省略することも可能である。
【００３５】また、本発明は以上の実施例に限定される
ものでなく、例として次のような態様をとることも可能
である。
ものでなく、例として次のような態様をとることも可能
である。
【００３６】(1) 上記各実施例において熱交換器７０で
循環ガスを加熱する温度は、含有不純物を酸化反応させ
ることが可能な温度以上に設定すればよく、その温度は
含有不純物の種類に応じて適宜設定すればよい。また、
このような温度まで加熱するのに改質器１８の排熱だけ
では不十分な場合には、補助的に外部から熱供給を行う
ようにすればよい。
循環ガスを加熱する温度は、含有不純物を酸化反応させ
ることが可能な温度以上に設定すればよく、その温度は
含有不純物の種類に応じて適宜設定すればよい。また、
このような温度まで加熱するのに改質器１８の排熱だけ
では不十分な場合には、補助的に外部から熱供給を行う
ようにすればよい。
【００３７】(2) 上記実施例では、窒素分離装置７４と
して窒素を優先的に吸着する装置を用いているが、残さ
れた不純物がほとんど酸素のみである場合には、この窒
素分離装置７４として酸素を優先的に吸着する装置（例
えば吸着剤としてモレキュラシーブを備えた装置）を用
いることも可能である。この場合、窒素分離装置７４で
酸素を吸着除去した残りのガスを圧縮機７６に導出する
ようにすればよい。
して窒素を優先的に吸着する装置を用いているが、残さ
れた不純物がほとんど酸素のみである場合には、この窒
素分離装置７４として酸素を優先的に吸着する装置（例
えば吸着剤としてモレキュラシーブを備えた装置）を用
いることも可能である。この場合、窒素分離装置７４で
酸素を吸着除去した残りのガスを圧縮機７６に導出する
ようにすればよい。
【００３８】(3) 本発明において、窒素分離装置７４に
は、上記吸着装置の他、高分子膜をはじめとする分離膜
装置等を適用することも可能である。この分離膜装置に
は、窒素及び酸素のいずれか一方（一般には酸素）のみ
を透過するものを用いるようにすればよい。
は、上記吸着装置の他、高分子膜をはじめとする分離膜
装置等を適用することも可能である。この分離膜装置に
は、窒素及び酸素のいずれか一方（一般には酸素）のみ
を透過するものを用いるようにすればよい。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明は、燃料電池シール
部より導出された不純物含有窒素ガスから不純物を除去
し、これを窒素ガスの使用個所へ供給するようにしてい
るので、このような窒素ガスの循環、再利用により、発
電装置の運転に必要な窒素ガスの少なくとも一部は発電
装置内で精製することができる。従って、従来のように
必要な窒素ガスを全て外部から供給し、使用済みのガス
をそのまま排気する場合に比べ、外部からの供給を要す
る窒素ガス量を削減でき、これによって発電コストを下
げることができる。
部より導出された不純物含有窒素ガスから不純物を除去
し、これを窒素ガスの使用個所へ供給するようにしてい
るので、このような窒素ガスの循環、再利用により、発
電装置の運転に必要な窒素ガスの少なくとも一部は発電
装置内で精製することができる。従って、従来のように
必要な窒素ガスを全て外部から供給し、使用済みのガス
をそのまま排気する場合に比べ、外部からの供給を要す
る窒素ガス量を削減でき、これによって発電コストを下
げることができる。
【００４０】さらに、上記シール部から導出した不純物
含有窒素ガスに酸素極から導出した富窒素ガスを混ぜ、
この混合ガスから窒素ガスを分離精製するようにしてい
るので、再利用される窒素ガス量をさらに増やすことが
できる効果がある。
含有窒素ガスに酸素極から導出した富窒素ガスを混ぜ、
この混合ガスから窒素ガスを分離精製するようにしてい
るので、再利用される窒素ガス量をさらに増やすことが
できる効果がある。
【００４１】また、請求項２，４記載の方法及び装置で
は、循環窒素ガスのうちの余剰分を一旦貯蔵しておき、
その後適当な時期に使用することにより、循環窒素ガス
をより有効に活用することができる効果がある。
は、循環窒素ガスのうちの余剰分を一旦貯蔵しておき、
その後適当な時期に使用することにより、循環窒素ガス
をより有効に活用することができる効果がある。
【００４２】ここで、上記不純物の除去手段として不純
物を酸化反応させる触媒燃焼装置を用いる場合、請求項
５記載の装置では、改質器から排出された燃焼ガスと上
記循環ガスとを熱交換させることにより循環ガスを上記
酸化反応可能な温度まで加熱するようにしているので、
特別な加熱手段を付設することなく、また外部からほと
んどエネルギを供給することなく、上記不純物の除去を
行うことができ、さらにコストを低減させることができ
る効果がある。
物を酸化反応させる触媒燃焼装置を用いる場合、請求項
５記載の装置では、改質器から排出された燃焼ガスと上
記循環ガスとを熱交換させることにより循環ガスを上記
酸化反応可能な温度まで加熱するようにしているので、
特別な加熱手段を付設することなく、また外部からほと
んどエネルギを供給することなく、上記不純物の除去を
行うことができ、さらにコストを低減させることができ
る効果がある。
【図１】本発明の実施例における発電装置の要部を示す
フローシートである。
フローシートである。
【図２】上記発電装置における窒素分離装置を示すフロ
ーシートである。
ーシートである。
【図３】従来の発電装置の一例を示すフローシートであ
る。
る。
【図４】上記発電装置の要部を示すフローシートであ
る。
る。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は上記発電装置における窒
素ガスの消費期間及び消費量を示すグラフである。
素ガスの消費期間及び消費量を示すグラフである。
１８ 改質器 ３８ 燃料電池 ３９ シール部 ４０Ａ 燃料極 ４０Ｂ 酸素極 ４１Ｃ 富窒素ガス導入通路 ６６ 窒素循環通路 ６８ 空気供給通路 ７０ 熱交換器（熱交換手段） ７４ 窒素分離装置 ８８ 窒素ガスタンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新海 洋 川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電 機株式会社内 (72)発明者 宮川 裕 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株 式会社神戸製鋼所 神戸本社内 (72)発明者 上山 剛由 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株 式会社神戸製鋼所 神戸本社内 (72)発明者 井上 邦博 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株 式会社神戸製鋼所 神戸本社内 (56)参考文献 特開 昭61−203575（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−276576（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/04
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料極及び酸素極を有する燃料電池本体
と、この燃料電池本体を外部からシールするシール部と
を備え、上記燃料極に燃料ガスを導入して上記酸素極に
酸素含有ガスを導入し、各極からそれぞれ排燃料及び排
空気を導出するとともに、上記シール部にシール用窒素
ガスを導入するように構成された燃料電池による発電装
置において、上記シール部から不純物含有窒素ガスを導
出し、この不純物含有窒素ガスに上記酸素極から導出し
た排空気を混合し、この混合ガスから窒素ガスを精製分
離して上記発電装置の窒素使用個所に供給することを特
徴とする燃料電池シール用窒素ガスの再生方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池シール用窒素ガ
スの再生方法において、上記不純物を除去した窒素ガス
の少なくとも一部を一旦貯蔵しておき、後にこの貯蔵ガ
スを上記発電個所の窒素使用個所に供給することを特徴
とする燃料電池シール用窒素ガスの再生方法。 - 【請求項３】 燃料極及び酸素極を有する燃料電池本体
と、この燃料電池本体を外部からシールするシール部と
を備え、上記燃料極に燃料ガスを導入して上記酸素極に
酸素含有ガスを導入し、各極からそれぞれ排燃料及び排
空気を導出するとともに、上記シール部にシール用窒素
ガスを導入するように構成された燃料電池による発電装
置において、上記シール部から不純物含有窒素ガスを導
出して上記発電装置の窒素使用個所に供給するための窒
素循環通路と、上記シール部から導出した不純物含有窒
素ガスに上記酸素極から導出された富窒素ガスを混合さ
せるための富窒素ガス導入通路と、上記窒素循環通路中
に設けられ、上記不純物含有窒素ガスと上記富窒素ガス
との混合ガスから窒素ガスを精製分離する窒素分離装置
とを備えたことを特徴とする燃料電池シール用窒素ガス
の再生装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の燃料電池シール用窒素ガ
スの再生装置において、上記窒素分離装置で精製された
窒素ガスの少なくとも一部を貯蔵する窒素ガスタンクと
を備えたことを特徴とする燃料電池シール用窒素ガスの
再生装置。 - 【請求項５】 請求項３または４記載の燃料電池シール
用窒素ガスの再生装置において、上記不純物除去手段と
して上記循環ガス中に含まれる不純物を酸化反応させる
触媒燃焼装置を備えるとともに、原燃料ガスを加熱する
ことにより改質ガスを生成する改質器と、上記窒素循環
通路において上記触媒燃焼装置の上流側に設けられ、上
記改質器から排出される燃焼ガスと循環ガスとを熱交換
させることによりこの循環ガスを上記酸化反応が可能な
温度まで加熱する熱交換手段とを備えたことを特徴とす
る燃料電池シール用窒素ガスの再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32451593A JP3349802B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 燃料電池シール用窒素ガスの再生方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32451593A JP3349802B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 燃料電池シール用窒素ガスの再生方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183042A JPH07183042A (ja) | 1995-07-21 |
| JP3349802B2 true JP3349802B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=18166665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32451593A Expired - Fee Related JP3349802B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 燃料電池シール用窒素ガスの再生方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3349802B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101430156B1 (ko) * | 2012-08-31 | 2014-08-13 | 삼성중공업 주식회사 | 질소 가스 생성 시스템 |
| WO2014131551A1 (de) * | 2013-02-27 | 2014-09-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE50104850D1 (de) * | 2000-09-15 | 2005-01-20 | Siemens Ag | Brennstoffzellenanordnung und verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenanordnung |
| KR101274446B1 (ko) * | 2006-03-31 | 2013-06-18 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| RU2731877C1 (ru) * | 2020-02-27 | 2020-09-08 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Способ работы топливных элементов в контейнере транспортного средства |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32451593A patent/JP3349802B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101430156B1 (ko) * | 2012-08-31 | 2014-08-13 | 삼성중공업 주식회사 | 질소 가스 생성 시스템 |
| WO2014131551A1 (de) * | 2013-02-27 | 2014-09-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07183042A (ja) | 1995-07-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |