JPH04296459A - 燃料電池発電プラント - Google Patents
燃料電池発電プラントInfo
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- JPH04296459A JPH04296459A JP3061667A JP6166791A JPH04296459A JP H04296459 A JPH04296459 A JP H04296459A JP 3061667 A JP3061667 A JP 3061667A JP 6166791 A JP6166791 A JP 6166791A JP H04296459 A JPH04296459 A JP H04296459A
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- hydrogen
- fuel cell
- anode
- oxygen
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- 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
-
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- 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
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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
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、待機状態及び停止状態
への移行過程において生ずる余剰電荷を有効利用した燃
料電池発電プラントに関する。
への移行過程において生ずる余剰電荷を有効利用した燃
料電池発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料と酸化剤の電気化学的反応を利用し
て電気を得る燃料電池は、その燃料の変換効率の良さ、
環境への安全性などの理由から、最近では広く注目され
ている。 このような燃料電池には、その電極構造、
材質などにより各種のものが知られているが、なかでも
電解質としてりん酸を使用したりん酸型燃料電池は、最
も実用化が進んでいる。このようなりん酸型燃料電池を
使用した燃料電池発電プラントの概略構成の一例を、図
３により説明する。
て電気を得る燃料電池は、その燃料の変換効率の良さ、
環境への安全性などの理由から、最近では広く注目され
ている。 このような燃料電池には、その電極構造、
材質などにより各種のものが知られているが、なかでも
電解質としてりん酸を使用したりん酸型燃料電池は、最
も実用化が進んでいる。このようなりん酸型燃料電池を
使用した燃料電池発電プラントの概略構成の一例を、図
３により説明する。
【０００３】燃料電池本体１は、背面に水素等の燃料を
接触させたアノード電極２と、背面に酸素等の酸化剤を
接触させたカソード電極３とを、電解質であるりん酸を
含んだマトリックスを挟んで、両側に配置して構成され
ている。このアノード電極２の前段には改質器６が設け
られ、ここに供給された天然ガス４と水蒸気５との混合
ガスが、改質反応によって水素リッチガスとなり、アノ
ード電極２に供給される。
接触させたアノード電極２と、背面に酸素等の酸化剤を
接触させたカソード電極３とを、電解質であるりん酸を
含んだマトリックスを挟んで、両側に配置して構成され
ている。このアノード電極２の前段には改質器６が設け
られ、ここに供給された天然ガス４と水蒸気５との混合
ガスが、改質反応によって水素リッチガスとなり、アノ
ード電極２に供給される。
【０００４】アノード電極２に供給された水素リッチガ
スは、カソード電極３に供給された圧縮空気７と電気化
学的に反応して、電気、生成水及び熱となる。アノード
電極２を出たガスは、アノード出口りん酸吸着器８、ア
ノード出口凝縮器９及び改質器バーナー１０を介して大
気１１に放出される。一方、カソード電極３を出たガス
は、カソード出口りん酸吸着器１２、カソード出口凝縮
器１３及び改質器バーナー１０を介して大気１１に放出
される。
スは、カソード電極３に供給された圧縮空気７と電気化
学的に反応して、電気、生成水及び熱となる。アノード
電極２を出たガスは、アノード出口りん酸吸着器８、ア
ノード出口凝縮器９及び改質器バーナー１０を介して大
気１１に放出される。一方、カソード電極３を出たガス
は、カソード出口りん酸吸着器１２、カソード出口凝縮
器１３及び改質器バーナー１０を介して大気１１に放出
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来技術において、燃料電池発電プラントの待機状態
及び停止状態への移行過程では、燃料電池に対する燃料
及び酸化剤の供給を完全に停止させてしまうと、電極の
反応界面に吸着されている残留酸化剤ガスにより、電極
内の触媒が腐食され、いわゆるシンタリング現象を生じ
る。
な従来技術において、燃料電池発電プラントの待機状態
及び停止状態への移行過程では、燃料電池に対する燃料
及び酸化剤の供給を完全に停止させてしまうと、電極の
反応界面に吸着されている残留酸化剤ガスにより、電極
内の触媒が腐食され、いわゆるシンタリング現象を生じ
る。
【０００６】そのため、このような待機状態及び停止状
態への移行過程においては、アノード電極２及びカソー
ド電極３へ流入する反応ガスの濃度を徐々に薄めて反応
を抑制し、電池の起電力を触媒のシンタリングを防止で
きる電圧までに抑制する必要がある。
態への移行過程においては、アノード電極２及びカソー
ド電極３へ流入する反応ガスの濃度を徐々に薄めて反応
を抑制し、電池の起電力を触媒のシンタリングを防止で
きる電圧までに抑制する必要がある。
【０００７】同時に、電池の電流端子の両端に外部抵抗
２６を投入し、このような薄められた濃度の反応ガスの
供給によって生じる余剰電荷を、この外部抵抗２６に流
すことにより、電池の反応界面に吸着された酸化剤ガス
を消費している。ところが、このようにして生じる余剰
電荷は、従来では単に外部抵抗２６によって熱として消
費されるのみで、なんら有効的に使用されていなかった
。
２６を投入し、このような薄められた濃度の反応ガスの
供給によって生じる余剰電荷を、この外部抵抗２６に流
すことにより、電池の反応界面に吸着された酸化剤ガス
を消費している。ところが、このようにして生じる余剰
電荷は、従来では単に外部抵抗２６によって熱として消
費されるのみで、なんら有効的に使用されていなかった
。
【０００８】燃料電池発電プラントが、他の発電プラン
トと競合するためには、現状のシステムの効率をより向
上させる必要がある。現在でも、燃料電池発電プラント
においては、反応系を初めとして各系統をクローズドサ
イクルとして、外部に余剰なエネルギーを放出しないよ
うに工夫されている。しかし、前記のような待機状態や
停止状態への移行過程は、本来電気エネルギーを必要と
しない状態であるので、余剰電荷の有効利用は困難であ
った。
トと競合するためには、現状のシステムの効率をより向
上させる必要がある。現在でも、燃料電池発電プラント
においては、反応系を初めとして各系統をクローズドサ
イクルとして、外部に余剰なエネルギーを放出しないよ
うに工夫されている。しかし、前記のような待機状態や
停止状態への移行過程は、本来電気エネルギーを必要と
しない状態であるので、余剰電荷の有効利用は困難であ
った。
【０００９】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決し、電池の待機状態及び停止状態への移行過程で
生じる余剰電荷を有効利用できる燃料電池発電プラント
を提供することを目的とする。 ［発明の構成］
を解決し、電池の待機状態及び停止状態への移行過程で
生じる余剰電荷を有効利用できる燃料電池発電プラント
を提供することを目的とする。 ［発明の構成］
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の燃料電池発電プラントは、燃料及び酸化
剤をそれぞれアノード電極及びカソード電極に導き、前
記燃料及び酸化剤の電気化学的反応により電気を得る燃
料電池発電プラントにおいて、前記アノード電極及びカ
ソード電極の電流端子間に水の電気分解装置を接続した
ことを特徴とする。
めに、本発明の燃料電池発電プラントは、燃料及び酸化
剤をそれぞれアノード電極及びカソード電極に導き、前
記燃料及び酸化剤の電気化学的反応により電気を得る燃
料電池発電プラントにおいて、前記アノード電極及びカ
ソード電極の電流端子間に水の電気分解装置を接続した
ことを特徴とする。
【００１１】
【作用】この様な構成を有する本発明においては、電池
の待機状態及び停止状態への移行過程で生ずる余剰電荷
を利用して、電気分解装置にて水を電気分解し、燃料電
池の運転時に使用することが可能な酸素ガス及び水素ガ
スを生成することができる。
の待機状態及び停止状態への移行過程で生ずる余剰電荷
を利用して、電気分解装置にて水を電気分解し、燃料電
池の運転時に使用することが可能な酸素ガス及び水素ガ
スを生成することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１及び図２により
具体的に説明する。 （１）第１実施例…図１ 本実施例において、アノード電極２とカソード電極３の
電流端子２ａ，３ａには、外部負荷切換スイッチ１７，
１８を介して水の電気分解装置１４が接続されている。
具体的に説明する。 （１）第１実施例…図１ 本実施例において、アノード電極２とカソード電極３の
電流端子２ａ，３ａには、外部負荷切換スイッチ１７，
１８を介して水の電気分解装置１４が接続されている。
【００１３】この水の電気分解装置１４には、分解用の
水の供給手段が接続されているが、本実施例では、アノ
ード出口凝縮器８及びカソード出口凝縮器９から凝縮水
供給ライン１５を介して、電池で生成された水が電気分
解装置１４に供給されている。この凝縮水供給ライン１
５には、水の電気分解装置１４に設けられた水位センサ
ー（図示せず）の信号に応じて開閉する凝縮水供給弁１
６が設けられている。
水の供給手段が接続されているが、本実施例では、アノ
ード出口凝縮器８及びカソード出口凝縮器９から凝縮水
供給ライン１５を介して、電池で生成された水が電気分
解装置１４に供給されている。この凝縮水供給ライン１
５には、水の電気分解装置１４に設けられた水位センサ
ー（図示せず）の信号に応じて開閉する凝縮水供給弁１
６が設けられている。
【００１４】電気分解装置１４の排出側には、水素貯蔵
容器１９と酸素貯蔵容器２０が接続されている。この水
素貯蔵容器１９と酸素貯蔵容器２０は、水素供給弁２１
及び酸素供給弁２２を介して、改質器バーナー１０に接
続されている。
容器１９と酸素貯蔵容器２０が接続されている。この水
素貯蔵容器１９と酸素貯蔵容器２０は、水素供給弁２１
及び酸素供給弁２２を介して、改質器バーナー１０に接
続されている。
【００１５】この様な構成を有する本実施例において、
電池の待機状態及び停止状態への移行過程では、外部負
荷切換スイッチ１７，１８を閉路して、電池の電流端子
２ａ，３ａを電気分解装置１４に接続する。すると、こ
の状態で生じた余剰電荷が電気分解装置１４に投入され
、水の電気分解が成される。電気分解の結果生じた水素
ガスと酸素ガスは、それぞれ水素貯蔵容器１９及び酸素
貯蔵容器２０内に貯蔵される。
電池の待機状態及び停止状態への移行過程では、外部負
荷切換スイッチ１７，１８を閉路して、電池の電流端子
２ａ，３ａを電気分解装置１４に接続する。すると、こ
の状態で生じた余剰電荷が電気分解装置１４に投入され
、水の電気分解が成される。電気分解の結果生じた水素
ガスと酸素ガスは、それぞれ水素貯蔵容器１９及び酸素
貯蔵容器２０内に貯蔵される。
【００１６】電気分解の結果、電気分解装置１４内に予
め貯蔵されている水が消耗され、その水位が低下すると
、水位センサーがこれを検出して、凝縮水供給弁１６を
開く。すると、アノード出口凝縮器９及びカソード出口
凝縮器１３に貯蔵されていた、電池運転時に生じた凝縮
水が、凝縮水供給ライン１５を介して電気分解装置１４
に送られ、水を補給する。
め貯蔵されている水が消耗され、その水位が低下すると
、水位センサーがこれを検出して、凝縮水供給弁１６を
開く。すると、アノード出口凝縮器９及びカソード出口
凝縮器１３に貯蔵されていた、電池運転時に生じた凝縮
水が、凝縮水供給ライン１５を介して電気分解装置１４
に送られ、水を補給する。
【００１７】一方、水素貯蔵容器１９及び酸素貯蔵容器
２０内に貯蔵された水素ガスと酸素ガスは、電池の再起
動時に、水素供給弁２１及び酸素供給弁２２を介して、
改質器バーナー１０に送られ、原料ガスとして使用され
る。
２０内に貯蔵された水素ガスと酸素ガスは、電池の再起
動時に、水素供給弁２１及び酸素供給弁２２を介して、
改質器バーナー１０に送られ、原料ガスとして使用され
る。
【００１８】このように本実施例によれば、電池の待機
状態及び停止状態への移行過程で生じた余剰電荷が、水
の電気分解によって水素ガスと酸素ガスの形で貯蔵され
るため、必要に応じて自由に利用できる。その結果、熱
として消費されていた従来技術に比較して、利用範囲が
拡大し、有効利用の可能性が向上する。
状態及び停止状態への移行過程で生じた余剰電荷が、水
の電気分解によって水素ガスと酸素ガスの形で貯蔵され
るため、必要に応じて自由に利用できる。その結果、熱
として消費されていた従来技術に比較して、利用範囲が
拡大し、有効利用の可能性が向上する。
【００１９】特に、本実施例のように改質器バーナーの
原料ガスとして使用することで、余剰電荷の生成物を発
電プラント以外の場所で利用するものに比較して、プラ
ント自体の効率を直接向上させることができる。また、
水の電気分解は、その原料となる水が電池の凝縮器から
得られるので、余剰電荷利用のための材料を他から導入
する必要もなく、効率的である。
原料ガスとして使用することで、余剰電荷の生成物を発
電プラント以外の場所で利用するものに比較して、プラ
ント自体の効率を直接向上させることができる。また、
水の電気分解は、その原料となる水が電池の凝縮器から
得られるので、余剰電荷利用のための材料を他から導入
する必要もなく、効率的である。
【００２０】（２）第２実施例…図２
本実施例は、水素ガス貯蔵容器１９を、供給弁２３を備
えたライン２４を介してアノード電極２の原料ガス供給
ラインに接続したものである。すなわち、燃料電池の待
機状態では、改質器は停止しており、アノード側には改
質器で生成された水素リッチなガスは供給されることが
ない。そのため、燃料電池の待機状態に運転するには、
通常は別に用意した水素ボンベ等から水素ガスをアノー
ド電極２に供給する必要がある。
えたライン２４を介してアノード電極２の原料ガス供給
ラインに接続したものである。すなわち、燃料電池の待
機状態では、改質器は停止しており、アノード側には改
質器で生成された水素リッチなガスは供給されることが
ない。そのため、燃料電池の待機状態に運転するには、
通常は別に用意した水素ボンベ等から水素ガスをアノー
ド電極２に供給する必要がある。
【００２１】本実施例によれば、この水素ボンベなどに
代えて、余剰電荷を利用して水を電気分解した水素ガス
を、水素貯蔵タンク１９、供給ライン２４及び供給弁２
３を介してアノード電極２に供給することができる。な
お、図３では、酸素貯蔵容器２０からの配管を省略して
あるが、この酸素ガスは、第１実施例のように改質器バ
ーナー１０に供給しても良いし、カソード電極に供給す
る圧縮空気中に混入しても良い。
代えて、余剰電荷を利用して水を電気分解した水素ガス
を、水素貯蔵タンク１９、供給ライン２４及び供給弁２
３を介してアノード電極２に供給することができる。な
お、図３では、酸素貯蔵容器２０からの配管を省略して
あるが、この酸素ガスは、第１実施例のように改質器バ
ーナー１０に供給しても良いし、カソード電極に供給す
る圧縮空気中に混入しても良い。
【００２２】（３）他の実施例
なお、前記各実施例は、いずれも電池の待機状態及び停
止状態への移行過程で生じた余剰電荷対策として水の電
気分解装置１４を設けたが、燃料電池の部分負荷時に外
部負荷切換スイッチ１７，１８を投入することで、水の
電気分解装置１４を部分負荷時の過電圧を制御するため
に使用することも可能である。
止状態への移行過程で生じた余剰電荷対策として水の電
気分解装置１４を設けたが、燃料電池の部分負荷時に外
部負荷切換スイッチ１７，１８を投入することで、水の
電気分解装置１４を部分負荷時の過電圧を制御するため
に使用することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、電池の待
機状態及び停止状態への移行過程で生じた余剰電荷を利
用して、水を酸素ガスと水素ガスとに電気分解すること
により、余剰電荷の有効利用が可能な燃料電池発電プラ
ントを提供できる。特に、本発明で生じた水素ガスと酸
素ガスは、共に発電プラント内で利用できるものであり
、プラント内における原料ガスの自給に効果がある。
機状態及び停止状態への移行過程で生じた余剰電荷を利
用して、水を酸素ガスと水素ガスとに電気分解すること
により、余剰電荷の有効利用が可能な燃料電池発電プラ
ントを提供できる。特に、本発明で生じた水素ガスと酸
素ガスは、共に発電プラント内で利用できるものであり
、プラント内における原料ガスの自給に効果がある。
【図１】本発明の燃料電池発電プラントの第１実施例を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図２】本発明の燃料電池発電プラントの第２実施例を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図３】従来の燃料電池発電プラントの一例を示すブロ
ック図。
ック図。
１ 燃料電池本体
２ アノード電極
３ カソード電極
６ 改質器
９ アノード出口凝縮器
１０ 改質器バーナー
１３ カソード出口凝縮器
１４ 電気分解装置
１５ 凝縮器供給ライン
１９ 水素貯蔵容器
２０ 酸素貯蔵容器
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料及び酸化剤をそれぞれアノード電
極及びカソード電極に導き、前記燃料及び酸化剤の電気
化学的反応により電気を得る燃料電池発電プラントにお
いて、前記アノード電極及びカソード電極の電流端子間
に水の電気分解装置を接続したことを特徴とする燃料電
池発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3061667A JPH04296459A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 燃料電池発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3061667A JPH04296459A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 燃料電池発電プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296459A true JPH04296459A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13177816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3061667A Pending JPH04296459A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 燃料電池発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04296459A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006008418A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 水素製造装置及び燃料電池システム |
| JP2009164086A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | 燃料電池検査用の放電システム |
| JP2022023069A (ja) * | 2017-04-28 | 2022-02-07 | マイクロコントロールシステムズ株式会社 | 加工装置又は加工システム用の発電装置及び発電システム、並びに当該加工装置又は加工システム |
| WO2024120982A1 (en) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Fuel cell energy generation system |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP3061667A patent/JPH04296459A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006008418A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 水素製造装置及び燃料電池システム |
| JP2009164086A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | 燃料電池検査用の放電システム |
| JP2022023069A (ja) * | 2017-04-28 | 2022-02-07 | マイクロコントロールシステムズ株式会社 | 加工装置又は加工システム用の発電装置及び発電システム、並びに当該加工装置又は加工システム |
| WO2024120982A1 (en) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Fuel cell energy generation system |
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