JPH03102775A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
- Publication number
- JPH03102775A JPH03102775A JP1240215A JP24021589A JPH03102775A JP H03102775 A JPH03102775 A JP H03102775A JP 1240215 A JP1240215 A JP 1240215A JP 24021589 A JP24021589 A JP 24021589A JP H03102775 A JPH03102775 A JP H03102775A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- refrigerant
- throttle mechanism
- curve
- cooling system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、電池本体の冷却系に改良を施した燃料電池装
置に関するものである。
置に関するものである。
（従来の技術）
燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学反応
で酸化させることにより、酸化反応に伴って放出される
エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である
。この燃料電池を使用した発電システムは、比較的小さ
な規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達し、新鋭
火力発電をはるかに凌ぐと期待されている。また、近年
大きな社会問題となっている公害要因であるＳＯｘ，Ｎ
Ｏｘの排出が極めて少い、発電装置内に燃焼サイクルを
含まないので多量の冷却水を必要としない、振動音が少
い等の利点も有している。この様に燃料電池は、原理的
に高いエネルギー変換効率が期待できる上に、騒音・排
ガス等の環境問題が少く、さらに負荷変動に対して応答
性が良い等の特徴が有ることから、その開発、実用化の
研究に期待と関心が寄せられている。
で酸化させることにより、酸化反応に伴って放出される
エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である
。この燃料電池を使用した発電システムは、比較的小さ
な規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達し、新鋭
火力発電をはるかに凌ぐと期待されている。また、近年
大きな社会問題となっている公害要因であるＳＯｘ，Ｎ
Ｏｘの排出が極めて少い、発電装置内に燃焼サイクルを
含まないので多量の冷却水を必要としない、振動音が少
い等の利点も有している。この様に燃料電池は、原理的
に高いエネルギー変換効率が期待できる上に、騒音・排
ガス等の環境問題が少く、さらに負荷変動に対して応答
性が良い等の特徴が有ることから、その開発、実用化の
研究に期待と関心が寄せられている。
この燃料電池の本体部分は、発電のためのセルと、セル
で発生する熱を排出するための冷却板等によって構成さ
れ、セルには燃料ガスと空気、冷却板には冷却水等の冷
媒が外部から供給される。
で発生する熱を排出するための冷却板等によって構成さ
れ、セルには燃料ガスと空気、冷却板には冷却水等の冷
媒が外部から供給される。
第５図は、この様な燃料電池本体とこれに冷媒を供給循
環させる冷却系とから構戊された燃料電池装置として、
従来から知られているものの一例である。燃料電池本体
１に供給される冷媒は、循環ボンブ２で昇圧され、調節
弁３と流量計４で流量を調整される。その後、各電池本
体１に入るように分岐され、入口管５を通って燃料電池
本体１に入る。燃料電池本体１で加熱され、二相流とな
った冷媒は配管」二で合流された後、気水分離器７に入
り気液に分離され、液体は再び循環ボンプ２に贈られる
。また、分離された水蒸気等の気相の冷媒は、蒸気管８
を通って図示しないリフォーマ等へ送られる。この冷却
系から外部に排出される気相の冷媒量に相当する冷媒は
、補給管９から系内に補給される。
環させる冷却系とから構戊された燃料電池装置として、
従来から知られているものの一例である。燃料電池本体
１に供給される冷媒は、循環ボンブ２で昇圧され、調節
弁３と流量計４で流量を調整される。その後、各電池本
体１に入るように分岐され、入口管５を通って燃料電池
本体１に入る。燃料電池本体１で加熱され、二相流とな
った冷媒は配管」二で合流された後、気水分離器７に入
り気液に分離され、液体は再び循環ボンプ２に贈られる
。また、分離された水蒸気等の気相の冷媒は、蒸気管８
を通って図示しないリフォーマ等へ送られる。この冷却
系から外部に排出される気相の冷媒量に相当する冷媒は
、補給管９から系内に補給される。
（発明が解決しようとする課題）
ところで、小流量の冷媒でセルを効率良く冷却する方法
として、冷媒の蒸発潜熱を利用する方法が従来から用い
られている。即ち、冷却板に液体の冷媒を供給し、それ
が冷却板内で加熱され、その一部が蒸発することにより
、セルを冷却する二相流冷却の方法がそれである。
として、冷媒の蒸発潜熱を利用する方法が従来から用い
られている。即ち、冷却板に液体の冷媒を供給し、それ
が冷却板内で加熱され、その一部が蒸発することにより
、セルを冷却する二相流冷却の方法がそれである。
一般に、この二相流冷却を行う燃料電池装置において出
力を大きくすると、出力と共に発熱量が増加するので、
冷却板入日付近の単相流領域が小さくなると共に二相流
領域のボイド率が大きくなる。最近開発された出力が大
きい燃料電池本体１の圧力損失と流量の関係は、第６図
の１０で示すように、上に凸の曲線となる。一方、通常
の燃料電池装置で用いられる遠心式の冷媒循環ポンプの
吐出圧力特性は、第６図の１２に示すように、流量に対
して単調に減少する。
力を大きくすると、出力と共に発熱量が増加するので、
冷却板入日付近の単相流領域が小さくなると共に二相流
領域のボイド率が大きくなる。最近開発された出力が大
きい燃料電池本体１の圧力損失と流量の関係は、第６図
の１０で示すように、上に凸の曲線となる。一方、通常
の燃料電池装置で用いられる遠心式の冷媒循環ポンプの
吐出圧力特性は、第６図の１２に示すように、流量に対
して単調に減少する。
冷媒循環ボンブの運転点はこれらの萌線１０と１２との
交点１４となるが、従来の燃料電池装置では、交点１４
付近の特性が両者とも単調減少のため交点が定まり難＜
、燃料電池本体１のわずかな差異や負荷変動等の小さな
外乱によって交点１４が移動する。即ち、冷媒の流量が
不安定となり、その結果、流量が小さくなったとき冷却
が十分行われず、セルが加熱するという不都合が生じる
恐れがある。
交点１４となるが、従来の燃料電池装置では、交点１４
付近の特性が両者とも単調減少のため交点が定まり難＜
、燃料電池本体１のわずかな差異や負荷変動等の小さな
外乱によって交点１４が移動する。即ち、冷媒の流量が
不安定となり、その結果、流量が小さくなったとき冷却
が十分行われず、セルが加熱するという不都合が生じる
恐れがある。
本発明は、上記のような従来の燃料電池装置の問題点を
解決し、燃料電池本体の圧力損失特性を改良することに
より、冷媒流量の不安定をなくし、セルの過熱を防止し
た燃料電池装置を提供することを目的とする。
解決し、燃料電池本体の圧力損失特性を改良することに
より、冷媒流量の不安定をなくし、セルの過熱を防止し
た燃料電池装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明による燃料電池装置は、その冷却系における各燃
料電池本体の入口管に、絞り機構を含む燃料電池本体の
流量と圧力損失の特性が単調増加の曲線となるような絞
り機構を設けたことを構成上の特徴とするものである。
料電池本体の入口管に、絞り機構を含む燃料電池本体の
流量と圧力損失の特性が単調増加の曲線となるような絞
り機構を設けたことを構成上の特徴とするものである。
（作用）
上記のような構成を有する本発明の燃料電池装置におい
ては、絞り機構の存在により冷却系の圧力損失助線が単
調増加曲線となり、一方冷媒循環ポンプの吐出圧力特性
曲線は従来と同様に流量に対して単調に減少するため、
両特性曲線が一点で交わることになる。その結果、両特
性曲線の交点である冷媒循環ポンプの運転点が一点に定
まり、流量がこの交点の値に定まるので、各燃料電池本
体には一定流量の冷媒を安定して供給できる。
ては、絞り機構の存在により冷却系の圧力損失助線が単
調増加曲線となり、一方冷媒循環ポンプの吐出圧力特性
曲線は従来と同様に流量に対して単調に減少するため、
両特性曲線が一点で交わることになる。その結果、両特
性曲線の交点である冷媒循環ポンプの運転点が一点に定
まり、流量がこの交点の値に定まるので、各燃料電池本
体には一定流量の冷媒を安定して供給できる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面に従って具体的に説明す
る。なお、第５図に示した従来の燃料電池装置と同一の
部材については、同一の符号を付し説明は省略する。
る。なお、第５図に示した従来の燃料電池装置と同一の
部材については、同一の符号を付し説明は省略する。
第１図において、循環ボンプ２から伸びる配管から分岐
して１本なった各燃料電池本体１の入口管５には、それ
ぞれ絞り機構６が設けられている。
して１本なった各燃料電池本体１の入口管５には、それ
ぞれ絞り機構６が設けられている。
この絞り機構６としては、第３図に示すような、入口管
５の内径よりも小さな開口を有する円筒状の部材１５が
使用される。この絞り機構６は、その流徂と圧力損失の
特性が、第２図の１１に示すように単調増加の曲線とな
るものが使用される。
５の内径よりも小さな開口を有する円筒状の部材１５が
使用される。この絞り機構６は、その流徂と圧力損失の
特性が、第２図の１１に示すように単調増加の曲線とな
るものが使用される。
この様な構成を有する本発明の燃料電池装置においては
、絞り機構６の流量と圧力損失の特性が第２図の１１に
示すように単調増加の曲線となるのに対して、燃料電池
本体１の圧力損失特性は第２図の１０に示すように上に
凸の曲線であるので、これらを合成した絞り機構６を含
む燃料電池本体１の冷却系の圧力損失は、第２図の１３
に示すように流量に対して単調に増加する特性となる。
、絞り機構６の流量と圧力損失の特性が第２図の１１に
示すように単調増加の曲線となるのに対して、燃料電池
本体１の圧力損失特性は第２図の１０に示すように上に
凸の曲線であるので、これらを合成した絞り機構６を含
む燃料電池本体１の冷却系の圧力損失は、第２図の１３
に示すように流量に対して単調に増加する特性となる。
方、冷媒循環ポンプ２の吐出圧力特性曲線は、第２図の
１２に示すように流量と共に減少するため、冷却系圧力
損失を示す曲線１３と一点で交わる。
１２に示すように流量と共に減少するため、冷却系圧力
損失を示す曲線１３と一点で交わる。
この交点１４は、傾向の異なる２つの曲線が交わる点で
あるから、各燃料電池本体１のわずかな差異や負荷変動
等の外乱によって不安定′に変動することがない。その
為、冷却系全体が安定となり、燃料電池本体１の冷媒が
不足してセルが加熱するという不都合は解消される。
あるから、各燃料電池本体１のわずかな差異や負荷変動
等の外乱によって不安定′に変動することがない。その
為、冷却系全体が安定となり、燃料電池本体１の冷媒が
不足してセルが加熱するという不都合は解消される。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば絞り機構として第４図に示すようなオリフィス板
１６を使用することも可能である。
例えば絞り機構として第４図に示すようなオリフィス板
１６を使用することも可能である。
また、その場合、オリフィス板１６の前後に脈動緩和用
の溝２０．２０を形成し、その部分に圧力測定タップ１
７．１７を設け、そこに取付けたパイプ１８．１８を差
圧計１９に接続することにより、絞り機構部分の圧力を
測定し、各燃料電池本体１の冷媒流量を求めることもで
きる。この様にすると、絞り機構を流量計として兼用す
ることができるので、配管上に設けた流量計４を省略す
ることができる。
の溝２０．２０を形成し、その部分に圧力測定タップ１
７．１７を設け、そこに取付けたパイプ１８．１８を差
圧計１９に接続することにより、絞り機構部分の圧力を
測定し、各燃料電池本体１の冷媒流量を求めることもで
きる。この様にすると、絞り機構を流量計として兼用す
ることができるので、配管上に設けた流量計４を省略す
ることができる。
［発明の効果］
以一ヒの通り、本発明によれば、各燃料電池本体の入口
管部分に絞り機構を設けるという極めて簡単な構成によ
り、冷却系全体を安定化させることが可能となり、セル
の加熱等の不都合が生じない安定した燃料電池装置を提
供することができる。
管部分に絞り機構を設けるという極めて簡単な構成によ
り、冷却系全体を安定化させることが可能となり、セル
の加熱等の不都合が生じない安定した燃料電池装置を提
供することができる。
第１図は本発明の燃料電池装置の一実施例を示す配管図
、第２図は本発明における冷却系の圧力損失特性と、冷
媒循環ポンプの吐出圧力特性を示すグラフ、第３図は本
発明における絞り機構の一例を示す断面図、第４図は他
の絞り機構の例を示す断面図、第５図は従来の燃料電池
装置の冷却系を示す配管図、第６図は従来の冷却系の圧
力損失特性と冷媒循環ポンプの吐出特性を示すグラフで
ある。 １・・・燃料電池本体、２・・・冷媒循環ポンプ、３・
・・調節弁、４・・・流量系、５・・・入口管、６・・
・絞り機構、７・・・気液分離器、８・・・蒸気管、９
・・・補給管、１０・・・燃料電池本体１の圧力損失特
性曲線、１１・・・絞り機構の圧力損失特性曲線、１２
・・・冷媒循環ポンプの吐出圧力聞線、１３・・・冷却
系の圧力損失特性曲線、１４・・・運転点、１５・・・
円筒状絞り機構、１６・・・オリフィス板、１７・・・
圧力測定タップ、１８・・・パイプ、１９・・・差圧計
。 Ｏ １ ２ ３ ４ 二令去“Ｐ永三糺ｊ１ ５ 第 ２ 図 −４３７−
、第２図は本発明における冷却系の圧力損失特性と、冷
媒循環ポンプの吐出圧力特性を示すグラフ、第３図は本
発明における絞り機構の一例を示す断面図、第４図は他
の絞り機構の例を示す断面図、第５図は従来の燃料電池
装置の冷却系を示す配管図、第６図は従来の冷却系の圧
力損失特性と冷媒循環ポンプの吐出特性を示すグラフで
ある。 １・・・燃料電池本体、２・・・冷媒循環ポンプ、３・
・・調節弁、４・・・流量系、５・・・入口管、６・・
・絞り機構、７・・・気液分離器、８・・・蒸気管、９
・・・補給管、１０・・・燃料電池本体１の圧力損失特
性曲線、１１・・・絞り機構の圧力損失特性曲線、１２
・・・冷媒循環ポンプの吐出圧力聞線、１３・・・冷却
系の圧力損失特性曲線、１４・・・運転点、１５・・・
円筒状絞り機構、１６・・・オリフィス板、１７・・・
圧力測定タップ、１８・・・パイプ、１９・・・差圧計
。 Ｏ １ ２ ３ ４ 二令去“Ｐ永三糺ｊ１ ５ 第 ２ 図 −４３７−
Claims (1)
- （１）冷媒循環ポンプと、この冷媒循環ポンプによって
冷媒を供給循環する複数の燃料電池本体を備えた燃料電
池装置において、各燃料電池本体に冷媒を供給する冷媒
の入口管に、絞り機構を含む燃料電池本体の流量と圧力
損失の特性が単調増加曲線となるような絞り機構を設け
たことを特徴とする燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240215A JPH03102775A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240215A JPH03102775A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03102775A true JPH03102775A (ja) | 1991-04-30 |
Family
ID=17056164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1240215A Pending JPH03102775A (ja) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03102775A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61147467A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-07-05 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
| JPS62103983A (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-14 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電システム |
-
1989
- 1989-09-18 JP JP1240215A patent/JPH03102775A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61147467A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-07-05 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
| JPS62103983A (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-14 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電システム |
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