JPH0345867B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0345867B2 JPH0345867B2 JP59016212A JP1621284A JPH0345867B2 JP H0345867 B2 JPH0345867 B2 JP H0345867B2 JP 59016212 A JP59016212 A JP 59016212A JP 1621284 A JP1621284 A JP 1621284A JP H0345867 B2 JPH0345867 B2 JP H0345867B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- reformer
- air
- compressor
- warm
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は燃料電池の空気極出口の余剰空気及
び上記改質器の排ガスによつて駆動され上記燃料
電池と改質器に必要な圧縮空気を供給するターボ
コンプレツサを備えた燃料電池発電システムに関
するものである。
び上記改質器の排ガスによつて駆動され上記燃料
電池と改質器に必要な圧縮空気を供給するターボ
コンプレツサを備えた燃料電池発電システムに関
するものである。
燃料電池発電システムは従来の汽力発電に比べ
高効率が期待できること、環境保全性が良い等の
利点があり、実用化を目指し近年盛んに開発が進
められている。燃料電池発電システムは基本的に
は電池本体、改質器、インバータにより構成され
るが、この他システムの効率向上に不可欠な構成
機器としてターボコンプレツサがある。
高効率が期待できること、環境保全性が良い等の
利点があり、実用化を目指し近年盛んに開発が進
められている。燃料電池発電システムは基本的に
は電池本体、改質器、インバータにより構成され
るが、この他システムの効率向上に不可欠な構成
機器としてターボコンプレツサがある。
燃料電池本体は燃料ガスとして天然ガス等の炭
化水素系燃料を改質して得られる水素リツチな改
質ガスを使用し、酸化剤ガスとして空気を使用す
る。電池本体の性能は各反応ガスの圧力の増大に
よつて向上する傾向を示し、このため燃料、空気
各反応ガスの動作圧力は、例えば３〜６Kg／cm2ｇ
程度に加圧維持される。このとき、空気の圧縮に
は多大の動力を必要とし、その値は電池の発生エ
ネルギーの約20％にも達する。一方、電池の燃料
ガスを生成するための改質反応は、約800℃の高
温で行われ、改質器からは高い温度の排ガスが排
出される。したがつて空気の圧縮動力源をシステ
ムの排ガスエネルギーに求めることができればシ
ステムの効率向上に大きな効果がある。ターボコ
ンプレツサはこのような目的で導入されるもの
で、システムの排ガスエネルギーをタービンで回
収し、同軸上のコンプレツサで必要な圧縮空気を
供給することによつて、システム内部で動力回収
をし、システム効率の向上を図るものである。
化水素系燃料を改質して得られる水素リツチな改
質ガスを使用し、酸化剤ガスとして空気を使用す
る。電池本体の性能は各反応ガスの圧力の増大に
よつて向上する傾向を示し、このため燃料、空気
各反応ガスの動作圧力は、例えば３〜６Kg／cm2ｇ
程度に加圧維持される。このとき、空気の圧縮に
は多大の動力を必要とし、その値は電池の発生エ
ネルギーの約20％にも達する。一方、電池の燃料
ガスを生成するための改質反応は、約800℃の高
温で行われ、改質器からは高い温度の排ガスが排
出される。したがつて空気の圧縮動力源をシステ
ムの排ガスエネルギーに求めることができればシ
ステムの効率向上に大きな効果がある。ターボコ
ンプレツサはこのような目的で導入されるもの
で、システムの排ガスエネルギーをタービンで回
収し、同軸上のコンプレツサで必要な圧縮空気を
供給することによつて、システム内部で動力回収
をし、システム効率の向上を図るものである。
第１図に一般的な燃料電池発電システムの空気
回路系統図を示す。図において、１は燃料電池本
体、２は改質器、３はターボコンプレツサ、３
ａ，３ｂはそれぞれターボコンプレツサ３のコン
プレツサ、タービンであり、コンプレツサ３ａで
圧縮された空気の一部が流量調節弁５を経て燃料
電池１の反応に、残りの空気が流量調節弁６を経
て改質器２の燃焼用に使用されたあと、それぞれ
の排ガスがタービン３ｂに投入される。４はター
ビン３ｂの不足動力を補う助燃炉であり、ターボ
コンプレツサ３と組合わせて使用される。一般に
空気流量の少ない部分負荷運転条件時は定格負荷
時に比しターボコンプレツサ３の効率が低く、タ
ービン３ｂの動力が不足する傾向にある。このよ
うなとき、流量調節弁７を開いてコンプレツサ３
ａの吐出空気の一部を助燃炉４に導き、その燃焼
ガスをシステムの排ガスに加えることにより、タ
ービン３ｂの動力不足をカバーする。又、低負荷
域でコンプレツサ３ａのサージングを防止する必
要があるとき、調節弁８を開いて空気の一部をバ
イパスさせるが、これによつてタービン３ｂの動
力が不足する分は助燃炉４に空気を導いて補う。
この他、運転時の負荷調整用にタービンバイパス
調節弁９、及びタービンノズル（図示せず）があ
る。又、図示はしていないがシステム起動用圧縮
空気供給装置がコンプレツサ３ａの入口側又は出
口側に設置される。
回路系統図を示す。図において、１は燃料電池本
体、２は改質器、３はターボコンプレツサ、３
ａ，３ｂはそれぞれターボコンプレツサ３のコン
プレツサ、タービンであり、コンプレツサ３ａで
圧縮された空気の一部が流量調節弁５を経て燃料
電池１の反応に、残りの空気が流量調節弁６を経
て改質器２の燃焼用に使用されたあと、それぞれ
の排ガスがタービン３ｂに投入される。４はター
ビン３ｂの不足動力を補う助燃炉であり、ターボ
コンプレツサ３と組合わせて使用される。一般に
空気流量の少ない部分負荷運転条件時は定格負荷
時に比しターボコンプレツサ３の効率が低く、タ
ービン３ｂの動力が不足する傾向にある。このよ
うなとき、流量調節弁７を開いてコンプレツサ３
ａの吐出空気の一部を助燃炉４に導き、その燃焼
ガスをシステムの排ガスに加えることにより、タ
ービン３ｂの動力不足をカバーする。又、低負荷
域でコンプレツサ３ａのサージングを防止する必
要があるとき、調節弁８を開いて空気の一部をバ
イパスさせるが、これによつてタービン３ｂの動
力が不足する分は助燃炉４に空気を導いて補う。
この他、運転時の負荷調整用にタービンバイパス
調節弁９、及びタービンノズル（図示せず）があ
る。又、図示はしていないがシステム起動用圧縮
空気供給装置がコンプレツサ３ａの入口側又は出
口側に設置される。
燃料電池発電システムは上記のように構成され
るが、燃料電池発電システムには種々の運転モー
ドが考えられているが、その一つに暖保持モード
がある。このモードは、システムが電力を発生し
ないいわゆる無負荷の状態で、電池本体１と改質
器２を負荷運転状態に近い温度に保持しておく運
転モードである。この運転モードは、短時間のう
ちにシステムを負荷運転に移行させることを意図
するもので、いわばシステムの待機状態を作り出
すものである。この状態では、電池本体１はヒー
タその他の手段で容易に保温できるが、改質器２
は燃焼による方法しか保温手段がない。暖保持モ
ードにおいて、改質器２の保温に必要な燃焼エネ
ルギーはごく僅かであり、したがつて燃焼に必要
とする空気量はごく僅かでその量は例えば定格の
燃焼空気量の1/10以下である。一方で、この空気
をターボコンプレツサ３に頼るとすれば、コンプ
レツサ３ａのサージングを避けるために空気流量
のバイパスを多くとつてやる必要があり、不必要
に助燃エネルギーの消費をもたらすことになる。
一つの試算例で示せば、この場合電池の定格発生
電力の約６％にのぼる助燃エネルギーを消費す
る。又別の方法として、システムの起動用圧縮空
気供給装置を改質器２の保温燃焼に利用すること
も考えられるが、同装置の容量は比較的大きく、
例えば電池の定格発生電力の約５％程度の電気エ
ネルギーを消費する。したがつて、上記何れのケ
ースも暖保持運転を維持するのに必要以上のエネ
ルギーを消費するので望ましくない。暖保持運転
はその目的からいつて必要最小限のエネルギー消
費率にとどめるべきである。
るが、燃料電池発電システムには種々の運転モー
ドが考えられているが、その一つに暖保持モード
がある。このモードは、システムが電力を発生し
ないいわゆる無負荷の状態で、電池本体１と改質
器２を負荷運転状態に近い温度に保持しておく運
転モードである。この運転モードは、短時間のう
ちにシステムを負荷運転に移行させることを意図
するもので、いわばシステムの待機状態を作り出
すものである。この状態では、電池本体１はヒー
タその他の手段で容易に保温できるが、改質器２
は燃焼による方法しか保温手段がない。暖保持モ
ードにおいて、改質器２の保温に必要な燃焼エネ
ルギーはごく僅かであり、したがつて燃焼に必要
とする空気量はごく僅かでその量は例えば定格の
燃焼空気量の1/10以下である。一方で、この空気
をターボコンプレツサ３に頼るとすれば、コンプ
レツサ３ａのサージングを避けるために空気流量
のバイパスを多くとつてやる必要があり、不必要
に助燃エネルギーの消費をもたらすことになる。
一つの試算例で示せば、この場合電池の定格発生
電力の約６％にのぼる助燃エネルギーを消費す
る。又別の方法として、システムの起動用圧縮空
気供給装置を改質器２の保温燃焼に利用すること
も考えられるが、同装置の容量は比較的大きく、
例えば電池の定格発生電力の約５％程度の電気エ
ネルギーを消費する。したがつて、上記何れのケ
ースも暖保持運転を維持するのに必要以上のエネ
ルギーを消費するので望ましくない。暖保持運転
はその目的からいつて必要最小限のエネルギー消
費率にとどめるべきである。
この発明は上記のような従来のものの欠点に鑑
がみてなされたものであり、システムの停止時
に、システムの暖保持に必要最小限の空気を供給
する別置コンプレツサ又はブロワを設置すること
により、必要最小限のエネルギー消費率でシステ
ムの暖保持を行うことができる燃料電池発電シス
テムを提供するものである。
がみてなされたものであり、システムの停止時
に、システムの暖保持に必要最小限の空気を供給
する別置コンプレツサ又はブロワを設置すること
により、必要最小限のエネルギー消費率でシステ
ムの暖保持を行うことができる燃料電池発電シス
テムを提供するものである。
以下、この発明の一実施例を第２図に基づいて
説明する。図において、１〜９は上述した従来の
構成と同様である。１０はターボコンプレツサ３
とは別に設置され、燃料電池本体１と改質器２に
圧縮空気を供給するライン上に、システム停止時
に運転され改質器２の暖保持に必要最小限の空気
を供給する別置コンプレツサ又はブロワ、１１は
逆止弁である。システム負荷運転状態から暖保持
運転に入るときの動作を次に述べる。まず、別置
コンプレツサ又はブロワ１０を起動する。次いで
助燃炉４を停止し、調節弁７，８を閉じ、調節弁
９を開く。又電池本体１の保温は別の手段で行う
ので調節弁５を閉じる。この状態でターボコンプ
レツサ３は停止し、別置コンプレツサ又はブロウ
１０からの空気が改質器２に供給される。この別
置コンプレツサ又はブロワ１０は改質器２の暖保
持に必要最小限の容量であり、したがつて、改質
器２は暖保持を維持するだけの燃焼が行われる。
このようにしてシステムの暖保持運転が実現す
る。このような手段により暖保持運転を行うと
き、別置コンプレツサ又はブロワ１０の消費電力
は僅かであり、その値は例えば燃料電池の定格出
力の１％以下のオーダーである。
説明する。図において、１〜９は上述した従来の
構成と同様である。１０はターボコンプレツサ３
とは別に設置され、燃料電池本体１と改質器２に
圧縮空気を供給するライン上に、システム停止時
に運転され改質器２の暖保持に必要最小限の空気
を供給する別置コンプレツサ又はブロワ、１１は
逆止弁である。システム負荷運転状態から暖保持
運転に入るときの動作を次に述べる。まず、別置
コンプレツサ又はブロワ１０を起動する。次いで
助燃炉４を停止し、調節弁７，８を閉じ、調節弁
９を開く。又電池本体１の保温は別の手段で行う
ので調節弁５を閉じる。この状態でターボコンプ
レツサ３は停止し、別置コンプレツサ又はブロウ
１０からの空気が改質器２に供給される。この別
置コンプレツサ又はブロワ１０は改質器２の暖保
持に必要最小限の容量であり、したがつて、改質
器２は暖保持を維持するだけの燃焼が行われる。
このようにしてシステムの暖保持運転が実現す
る。このような手段により暖保持運転を行うと
き、別置コンプレツサ又はブロワ１０の消費電力
は僅かであり、その値は例えば燃料電池の定格出
力の１％以下のオーダーである。
尚、上記実施例は大気圧状態での暖保持の場合
について述べたが、ターボコンプレツサ３のター
ビン入口ノズル（図示せず）を閉じ、調節弁９を
絞るか又は改質器２の出口に絞り弁（図示せず）
を挿入することにより、負荷運転時と同じ高圧状
態での暖保持が可能である。
について述べたが、ターボコンプレツサ３のター
ビン入口ノズル（図示せず）を閉じ、調節弁９を
絞るか又は改質器２の出口に絞り弁（図示せず）
を挿入することにより、負荷運転時と同じ高圧状
態での暖保持が可能である。
又、別置コンプレツサ又はブロワ１０の位置
は、コンプレツサ３ａ出口側逆止弁１１の下流側
で、調節弁５，６，７，８のそれぞれの弁に至ま
での間の回路上であれば何処に設置してもよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。
は、コンプレツサ３ａ出口側逆止弁１１の下流側
で、調節弁５，６，７，８のそれぞれの弁に至ま
での間の回路上であれば何処に設置してもよく、
上記実施例と同様の効果を奏する。
この発明は以上説明した通り、システムの停止
時に、システムの暖保持に必要最小限の空気を供
給する別置コンプレツサ又はブロワを設置したこ
とにより、必要最小限のエネルギー消費率でシス
テムの暖保持を行うことができる燃料電池発電シ
ステムを得ることができる。
時に、システムの暖保持に必要最小限の空気を供
給する別置コンプレツサ又はブロワを設置したこ
とにより、必要最小限のエネルギー消費率でシス
テムの暖保持を行うことができる燃料電池発電シ
ステムを得ることができる。
第１図は一般的な燃料電池発電システムを示す
系統図、第２図はこの発明の一実施例による燃料
電池発電システムを示す系統図である。 図において、１は燃料電池本体、２は改質器、
３はターボコンプレツサ、４は助燃炉、１０は別
置コンプレツサ又はブロワである。尚、図中同一
符号は同一又は相当部分を示す。
系統図、第２図はこの発明の一実施例による燃料
電池発電システムを示す系統図である。 図において、１は燃料電池本体、２は改質器、
３はターボコンプレツサ、４は助燃炉、１０は別
置コンプレツサ又はブロワである。尚、図中同一
符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 燃料電池と、炭化水素系燃料を改質して上記
燃料電池に水素ガスを供給する改質器と、この改
質器の排ガス又は上記燃料電池の空気極出口の余
剰空気及び上記改質器の排ガスの両方によつて駆
動され上記燃料電池と改質器に必要な圧縮空気を
供給するターボコンプレツサと、上記ターボコン
プレツサのタービンの不足動力を補う助燃炉を備
えた燃料電池発電システムにおいて、上記ターボ
コンプレツサとは別に設置され、上記燃料電池と
改質器に圧縮空気を供給するライン上に、システ
ム停止時に運転され上記改質器の暖保持に必要な
最小限の空気を供給するコンプレツサ又はブロワ
を備えたことを特徴とする燃料電池発電システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59016212A JPS60158560A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59016212A JPS60158560A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60158560A JPS60158560A (ja) | 1985-08-19 |
| JPH0345867B2 true JPH0345867B2 (ja) | 1991-07-12 |
Family
ID=11910216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59016212A Granted JPS60158560A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60158560A (ja) |
-
1984
- 1984-01-30 JP JP59016212A patent/JPS60158560A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60158560A (ja) | 1985-08-19 |
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