JPH02267870A

JPH02267870A - 燃料電池発電プラント

Info

Publication number: JPH02267870A
Application number: JP1085837A
Authority: JP
Inventors: Hisami Motokado; 本門　久美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1990-11-01

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電池本体の燃料極と酸化剤極の間の差圧制御
方法に改良を施した燃料電池発電プラントに関するもの
である。

（従来の技術）従来、一般に採用されているこの種の燃料電池発電プラ
ントにおいては、第３図に示した様に、燃料電池本体１
に、水素を主成分とした燃料Ｆと、酸素を含む酸化剤Ａ
が供給され、両者が燃料電池内で電気化学的に反応し、
発電するように構成されている。この場合、酸化剤Ａは
酸化剤供給系２に設けられた流量調節弁３を介して燃料
電池１の酸化剤極４に供給され、さらに、酸化剤排出系
５の差圧調節弁６を介して、リフオーマ燃焼部７へ送ら
れる。また、燃料Ｆは、燃料供給系８に設けられた流量
調節弁９を介して、燃料電池１の燃料極１０に供給され
、燃料排出系１１を介して、リフオーマ燃焼部７へ送ら
れるように構成されている。さらに、前記燃料排出系１
１からは、燃料系リサイクルライン１２が分岐され、燃
料電池を通過した排ガスの一部が燃料系リサイクルブロ
ワ１４を経て燃料供給系８に戻されるように構成され、
同様に、酸化剤排出系５からは、酸化剤系リサイクルラ
イン１３が分岐され、酸化剤系リサイクルブロワ１５を
経て酸化剤供給系２に戻されるように構成されている。

なお、この様な酸化剤系リサイクルライン１３を設ける
主目的は、酸化剤系のりサイクルブロワ１５により、低
負荷領域の電池人口濃度を低減することによって、電池
電圧の過電圧を防止し、触媒の寿命をのばすことにある
。一方、燃料系リサイクルライン１２を設ける主目的は
、燃料系リサイクルブロワ１４により、負荷領域（特に
、高負荷領域）において、積層してなる電池の下層部の
電池電圧の低下を防止するために、電池人口の燃料の供
給量を多くして、電池に燃料ガスを充分供給できるよう
にすることにある。

また、差圧調節弁６は、燃料排出系１１と酸化剤排出系
５の合流点からの機器及び配管の圧損を一定に制御する
ために設けられている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、−り述した様な従来の燃料電池発電プラ
ントにおいては、以下に述べる様な解決すべき課題があ
った。

即ち、第４図に示した様に、低負荷領域においては、酸
化剤極４の入口濃度を下げるために、酸化剤系のリサイ
クル量が必要となるが、その結果、酸化剤排出系５の区
間Ｐ−Ｑの圧損は増大し、極間差圧（ΔＰ）も増大する
。この極間差圧を低減するために、差圧調節弁６は開方
向に動作し、全開または全開近くになり、それ以上の極
間差圧は制御不能となる。そのため、極間差圧（ΔＰ）
を抑制する方法として、燃料リサイクル量を多くして、
調節する方法がとられるが、この方法では、燃料極１０
の人口濃度が低下するため、電圧の変動が大きくなると
いった欠点があった。

また、高負荷領域においては、酸化剤系リサイクルブロ
ワ１５は電池電圧の低下を招くため、停止される。一方
、燃料系リサイクルブロワ１４は高負荷になるに従って
、そのリサイクル量が増やされる。その結果、燃料排出
系の区間Ｒ−８の圧損は増大し、極間差圧（Δ）も増大
する。すると、差圧調節弁６は開方向に動作し、全閉近
くで制御するため、極間差圧の制御が不安定になるとい
う欠点があった。

本発明は、以上の欠点を解決するために提案されたもの
で、その目的は、燃料電池本体の燃料極及び酸化剤極間
の差圧を抑制することによって、運転寿命を延ばし、安
定した運転をすることができる燃料電池発電プラントを
提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、燃料電池の排ガスの一部を燃料系リサイクル
ライン及び燃料系リサイクルブロワ、あるいは、酸化剤
系リサイクルライン及び酸化剤系リサイクルブロワを介
して、それぞれ対応する電極入口部へ循環させるように
構成された燃料電池発電プラントにおいて、前記各リサ
イクルラインのリサイクルブロワから、対応する各電極
の出口部へバイパスラインを設け、このバイパスライン
にバイパス流量調節弁を設け、また、前記各リサイクル
ラインの各電極人口側には、リサイクル流量調節弁を設
けたことを特徴とするものである。

（作用）本発明の燃料電池発電プラントによれば、リサイクルラ
インに設けられたりサイクルブロワによるリサイクル流
量を、電池出口部に連結されたバイパスラインに流すこ
とにより、低負荷領域あるいは高負荷領域において発生
する圧損を調整し、燃料極及び酸化剤極の差圧を調節す
ることができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。なお、第３図に示した従来型と同一
の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、酸化剤排出
系５から分岐された酸化剤系リサイクルライン２１に、
そのラインに設けられた酸化剤系リサイクルブロワ１５
の排出ラインから、酸化剤極４の出口へ連結される酸化
剤系バイパスライン２２が設けられ、この酸化剤系バイ
パスライン２２に酸化剤系バイパス流量調節弁２３が設
けられている。また、酸化剤系リサイクルライン２１に
は酸化剤極４の人口近傍に酸化剤系リサイクル流量調節
弁２４が設けられている。一方、燃料排出系１１から分
岐された燃料系リサイクルライン２５に、そのラインに
設けられた燃料系リサイクルブロワ１４の排出ラインか
ら、燃料極１０の出口へ連結される燃料系バイパスライ
ン２６が設けられ、この燃料系バイパスライン２６に燃
料系バイパス流量調節弁２７が設けられている。また、
燃料系リサイクルライン２５には燃料極１０の人口近傍
に燃料系リサイクル流量調節弁２８が設けられている。

この様な構成を有する本実施例の燃料電池発電プラント
においては、以下に述べる様にして、負荷運転中の極間
差圧が制御される。

即ち、負荷とリサイクル量は、第４図に示した様に、低
負荷領域では空気リサイクルを主体にし、高負荷領域で
は燃料リサイクルを主体とする関係が一般的である。こ
の関係をもとに、本実施例の動作のタイミングを第２図
を参照して説明する。

まず、単セル電池が０．８Ｖ以」二にならないように（
過電圧を防止）するために、酸化剤系リサイクルブロワ
１５と酸化剤極４の入口に設けた酸化剤系リサイクル流
量調節弁２４を用いて排ガスを循環させる。その結果、
酸化剤系の区間Ｐ−Ｑにおける圧損が増大し、極間差圧
（ΔＰ）も増大する。この極間差圧を抑制するために、
燃料系リサイクルブロワ１４を稼働し、本発明による燃
料系バイパスライン２６に設けられた燃料系バイパス流
量調節弁２７を介して排ガスを電池の出口に循環させる
。この結果、燃料系の区間Ｕ−８における圧損が増大し
、酸化剤極４と燃料極１０の差圧を調整することができ
る。なお、上述した様に、燃料系リサイクルブロワ１４
を用いることにより差圧を調整する方法においては、燃
料極１０の人口濃度も変化せず、過電圧制御も容易にで
き、電圧の変動もないので、安定した運転をすることが
できる。

一方、高負荷領域になると、酸化剤系リサイクルブロワ
１５は電圧低下を招くため、徐々に停止する。同時に、
燃料系バイパスライン２６に設けられた燃料系バイパス
流量調節弁２７も徐々に閉じて、流量を高負荷領域に備
えて、本来の燃料極１０の入口に戻すように、燃料系リ
サイクル流量調節弁２８に切り替えていく。この様に、
燃料系リサイクルブロワ１４を介して燃料極１０の入口
へ排ガスが循環されると、燃料系の区間Ｒ−３における
圧損が増大し、極間差圧（ΔＰ）も増大する。この極間
差圧を抑制するために、酸化剤系リサイクルブロワ１５
を稼働し、本発明による酸化剤系バイパスライン２２に
設けられた酸化剤系バイパス流量調節弁２３を介して排
ガスを電池の出口に循環させる。この結果、酸化剤系の
区間Ｔ〜Ｑにおける圧損が増大し、酸化剤極４と燃料極
１０の差圧を調整することができる。

この様に、本実施例によれば、両極のりサイクルブロワ
を各負荷帯で利用することにより、電池電圧にも影響す
ることな（、極間差圧を容易に調節することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、起動時あるいは停止時の極間差圧の調節も、各リサ
イクルラインに設けたバイパスラインの流量を調節する
ことにより簡単に行うことができる。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、燃料系及び酸化剤系
のリサイクルラインに設けられたりサイクルブロワから
、対応する各電極の出口部へバイパスラインを設け、こ
のバイパスラインにバイパス流量調節弁を設け、また、
各リサイクルラインの電極入口側にリサイクル流量調節
弁を設けることにより、燃料極及び酸化剤極間の差圧を
抑制することができ、運転寿命の長い、安定した運転が
可能な燃料電池発電プラントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電プラントの一実施例を示
す構成図、第２図は本発明に用いられる流量調節弁の動
作タイミングを示す図、第３図は従来の燃料電池発電プ
ラントの一例を示す構成図で、第４図は負荷とリサイク
ル量の関係を示す図である。１・・・電池本体、２・・・酸化剤供給系、３・・・流
量調節弁、４・・・酸化剤極、５・・・酸化剤排出系、
６・・・差圧調節弁、７・・・リフオーマ燃焼部、８・
・・燃料供給系、９・・・流量調節弁、１０・・・燃料
極、１１・・・燃料排出系、１２・・・燃料系リサイク
ルライン、１３・・・酸化剤系リサイクルライン、１４
・・・燃料系リサイクルブロワ、１５・・・酸化剤系リ
サイクルブロワ、２１・・・酸化剤系リサイクルライン
、２２・・・酸化剤系バイパスライン、２３・・・酸化
剤系バイパス流量調節弁、２４・・・酸化剤系リサイク
ル流量調節弁、２５・・・燃料系リサイクルライン、２
６・・・燃料系バイパスライン、２７・・・燃料系バイ
パス流量調節弁、２８・・・燃料系リサイクル流量調節
弁。

Claims

【特許請求の範囲】

電解質を挟んで燃料極及び酸化剤極の一対の電極を配置
すると共に、前記燃料極に燃料を供給し、また、酸化剤
極に酸化剤を供給して、この時起こる電気化学的反応に
より前記両電極間から電気エネルギーを取り出す燃料電
池と、前記燃料電池の排ガスの一部を燃料系リサイクル
ライン及び燃料系リサイクルブロワ、あるいは、酸化剤
系リサイクルライン及び酸化剤系リサイクルブロワを介
して、それぞれ対応する電極入口部へ循環させるように
構成された燃料電池発電プラントにおいて、前記各リサ
イクルラインのリサイクルブロワから、対応する各電極
の出口部へバイパスラインを設け、このバイパスライン
にバイパス流量調節弁を設け、また、前記各リサイクル
ラインの各電極入口側には、リサイクル流量調節弁を設
けたことを特徴とする燃料電池発電プラント。