JPH04324254A - 差圧調整装置を備えた発電装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素ガスや天然ガス等
を使用する平板型固体電解質燃料電池が適用される差圧
調整装置を備えた発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】平板型固体電解質電池を用いた発電装置
としては、本出願人の一人の先願に係る特許出願（出願
番号「平成２年特許願第０８３８６４号、発明の名称「
発電装置」）がある。

【０００３】前記本出願人の一人の特許出願に係る発電
装置に用いる平板型固体電解質燃料電池９は、図３及び
図４に示すように上面通路壁であるインタコネクタ１１
と下面通路壁である電圧発生部支持枠１０の間に形成さ
れた燃料ガス通路２を有する。図中の７は酸化ガス通路
であり、上面壁である電圧発生部支持枠１０と、下面通
路壁であるインタコネクタ１１の間に形成されている。 前記インタコネクタ１１と電圧発生部支持枠１０は積層
されている。この上下両面には、それぞれ前記酸化ガス
導管５及び残存酸化ガス導管３６を固着した継ぎフラン
ジ３４が取付けられている。前記電圧発生部支持枠１０
、インタコネクタ１１及び継ぎフランジ３４間は、シー
ル用ガスケット８によって遮蔽されている。なお、前記
酸化ガス導管５と酸化ガス通路７の間には酸化ガス４を
各酸化ガス通路７に分配するための酸化ガス用マニホー
ルド６が、前記酸化ガス通路７と残存酸化ガス導管３６
の間には、分配された電池反応後の残存酸化ガス１８を
集めるための酸化ガス用マニホールド６が、それぞれ形
成されている。

【０００４】なお、前述した発電装置の断熱部材、耐火
材等は全てセラミックスから形成されて１０００℃以上
の高温に耐えられるようになっており、かつ燃料電池９
の固体電解質もセラミックスから形成されている。

【０００５】前記燃料電池９を内蔵する発電装置の一例
について、図５により以下に説明する。図５において、
３１は上下の断熱部材（あるいは耐火材）及び側部の耐
火材で区画された排ガス室である。この排ガス室３１に
は、燃料電池収納室３５が気密隔壁３２ｃを介して配置
されている。前記燃料電池収納室３５の側部には、板状
耐火材３２ｄが配置され、かつ該板状耐火材３２ｄとの
間には前記気密隔壁３２ｃが介装されている。前記板状
耐火材３２ｄ中間部には、残存燃料ガスダクト５２が形
成されている。

【０００６】前記燃料電池収納室３５内の前記排ガス室
３１側の板状耐火材３２ｄ上には、アフタバーナ１６が
、該アフタバーナ１６と反対側の耐火材上には燃料ガス
導管１４がそれぞれ設置されている。気密隔壁３２ａ〜
３２ｃの外側又は両側に空冷管（又は水冷管）４０を配
置しており、燃料電池９上には、シールガスケット用重
し２０が載置されている。なお、図中の１２は燃料ダク
トである。前記シールガスケット用重し２０には、前記
燃料電池９に酸化ガスを供給するための非導電性セラミ
ックス製の複数の酸化ガス流通路４１がそれぞれ挿着さ
れている。前記各燃料電池９には残存ガスダクト３０に
達する残存酸化ガス導管３６がそれぞれ貫通されている
。

【０００７】前記排ガス室３１内には蛇行した酸化ガス
予熱用熱交換器１７が配置されている。この熱交換器１
７の一端側は、図示されていない酸化ガス導入管が連結
されている。前記熱交換器１７とバーナ１６の間には、
耐火材２６が設けられている。前記熱交換器１７の他端
は、前記排ガス室３１の上壁付近を通り気密隔壁を貫通
して酸化ガス流通路４１に終端している。流通路４１の
他端付近には、これら流通路４１から分岐した流通路４
１に連結され酸化ガス導管を構成している。前記流通路
４１の他端には起動用バーナ２２が連結されている。な
お、起動用バーナ２２の周囲は断熱材で覆われている。 前記起動用バーナ２２には、点火装置２２ａ、燃料ガス
供給管２２ｃ及び酸化ガス供給管２２ｂが付設されてい
る。前記排ガス室３１を区画する断熱材の左壁には、煙
突に繋がる排ガス管３７が設けられている。

【０００８】次に、前述した構成の発電装置の作用を起
動運転時と定常運転時とに分けて説明する。

【０００９】起動運転時については、燃料ガス導入管１
４より導入された燃料ガス１（Ｈ２　ガスや天然ガス）
は、燃料ダクト１２を通って各平板型固体電解質燃料電
池９に供給される。一方、排ガス室３１に導設された図
示しない酸化ガス導入管より供給された酸化ガス４（空
気）は、酸化ガス予熱用熱交換器１７、酸化ガス流通路
４１を通して各燃料電池に供給され、後述する作用によ
り発電がなされる。

【００１０】発電後、酸化ガス４は残存酸化ガス１８と
なって残存酸化ガス導管３６、残存酸化ガスダクト３０
を通って前記排ガス室３１に流入し、耐火材２６によっ
て上方に案内される。一方、残存燃料ガス１５は前記残
存燃料ガスダクト５２を通って前記排ガス室３１に流入
する。ここで、残存燃料ガス１５と残存酸化ガス１８を
アフタバーナ１６により再燃焼させることにより、前記
排ガス室３１に配置された蛇行する酸化ガス予熱用熱交
換器１７を加熱することにより該熱交換器１７内を通る
酸化ガス４を予熱する。再燃焼したガス３８は、排ガス
管３７を通って煙突より排出される。

【００１１】上述した発電装置の起動時において、１０
００℃という高温の反応温度に到達するには時間を要す
る。このため、起動用バーナ２２により複数の酸化ガス
流通路４１に供給する酸化ガス４を加熱し、これと燃料
ガス１を反応させることにより、前記各平板型固体電解
質燃料電池９を定格温度に到達させる。この際、前述し
たように残存燃料ガス１５と残存酸化ガス１８をアフタ
バーナ１６により再燃焼させることにより、前記排ガス
室３１に配置された蛇行する酸化ガス予熱用熱交換器１
７は加熱され、該熱交換器１７内を通る酸化ガス４を予
熱し、該予熱された酸化ガス４を酸化ガス流通路４１を
通して各燃料電池９に供給することによって、燃料電池
９の反応速度を促進し、起動時間の短縮化を図ることが
できる。

【００１２】定常運転時においては、反応温度が定格温
度に達すると、起動用バーナ２２を停止し、その後は酸
化ガス４及び燃料ガス１を継続して供給することにより
、自立した発電装置として作動する。

【００１３】次に、前記の平板型固体電解質燃料電池９
の作用について、図３乃至図５により説明する。

【００１４】燃料ダクト１２を通して導入された燃料ガ
ス１は、燃料ガス通路２に供給され、電圧発生部支持枠
１０の上面を流れる。一方、酸化ガス流通路４１から導
入された酸化ガス４は酸化ガス用内部マニホールド６に
て各々の酸化ガス通路７に分配され、電圧発生部支持枠
１０の下面を流れ、このとき電流が流れる。この電流を
上下の継ぎフランジ３４に接続された電流リード２１か
ら取り出す。

【００１５】なお、上記においては、酸化ガス４を予熱
する酸化ガス予熱用熱交換器１７及び酸化ガス導管に起
動用バーナ２２を設けた例を説明したが、排ガス室３１
に酸化ガス予熱用熱交換器１７と燃料ガスを予熱する燃
料ガス予熱用熱交換器を設け、かつ前記酸化ガス導管に
起動バーナ２２を設ける代わりに燃料ガス導入管１４に
立上げ用の起動バーナを設けた場合も作用は同じである
。また、酸化ガス及び燃料ガスの予熱用熱交換器はフイ
ン付管としてもよい。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本出願人の一人の先願
に係る発電装置においては、図４に示すように酸化ガス
４は酸化ガス導管５、酸化ガス用内部マニホールド６、
酸化ガス通路７、残存酸化ガス導管３６と流れる。一方
、燃料ガス１は図３に示すように燃料ガス通路２を通過
するのみである。

【００１７】一般に、酸化ガス４は燃料ガス１に比較し
多量に流す必要があり、さらに、酸化ガス通路は前述の
ように曲折していることもあり流れの圧損が大きい。し
たがって、燃料電池を組み込んだ図５に示す発電装置で
は、酸化ガス流通路４１の圧力は燃料ダクト１２の圧力
に比べ数１０〜数１００ｍｍＡｇ高くなる。

【００１８】この両ガス間の圧力差は酸化ガス通路７と
燃料ガス通路２の差圧および燃料ダクト１２（または燃
料電池収納室３５）と酸化ガス通路７間の差圧となり、
シール用ガスケット８からの酸化ガス４の燃料ガス側へ
の漏洩の原因となるおそれがあり、その改善が望まれて
いた。

【００１９】本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の差圧調整装置を
備えた発電装置は、燃料ダクトと酸化ガス流通路が接続
され残存燃料ガスダクトに接続され電圧発生部支持枠と
インタコネクタがシール用ガスケットを介して積層され
た燃料電池を備えた発電装置において、上記残存燃料ガ
スダクトに設けられ同ダクトを開閉する仕切板、上記燃
料ダクト内と酸化ガス流通路内にそれぞれ設けられた燃
料ガス圧力検出器と酸化ガス圧力検出器、同それぞれの
圧力検出器より圧力信号を入力し制御信号を出力する駆
動制御装置、および同制御装置より制御信号を入力して
上記仕切板を駆動する仕切板駆動装置を具備したことを
特徴としている。

【００２１】

【作用】上記において、燃料ガス圧力検出器と酸化ガス
圧力検出器はそれぞれ燃料ダクト内と酸化ガス流通路内
の圧力を検出して圧力信号を出力する。上記圧力信号は
駆動制御装置に入力され、同制御装置は上記燃料ダクト
内と酸化ガス流通路内の圧力が等しくなるように仕切板
駆動装置を介して仕切板を駆動し、仕切板の位置を調節
する。

【００２２】この調節により燃料ガスの圧力は上昇し、
酸化ガスの圧力とほゞ等しくなるため、燃料電池に設け
られたシール用ガスケットを介して燃料ダクトへの酸化
ガスの漏洩は抑制される。

【００２３】上記により、燃料ダクト内の燃料ガスの圧
力を酸化ガス流通路の圧力に見合った圧力まで上昇させ
ることが可能となったため、燃料電池のシール用ガスケ
ットからの酸化ガスの漏洩を抑制することが可能となる
。

【００２４】

【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２により説明
する。なお、本実施例においては、差圧調整装置の部分
以外は従来の技術の欄に記載した先願に係る装置と変ら
ないため、その説明を省略する。

【００２５】図１及び図２に示す本実施例は、先端にア
フタバーナ１６を有する残存燃料ガスダクト５２を中央
部に有する板状耐火部材３２ｄにより排ガス室３１と燃
料電池収納室３５が左右に分割され、図３及び図４に示
すように電圧発生部支持枠１０とインタコネクタ１１が
シール用ガスケット８を介して積層され同支持枠１０と
インタコネクタ１１の間に燃料ガス通路２と酸素ガス通
路７が形成された複数の燃料電池９が、上記燃料電池収
納室３５内の燃料ダクト１２内に配設され、酸化ガス流
通路４１ａを有するシールガスケット用重し２０が上記
燃料電池９の上面に設けられた発電装置において、上記
板状耐火部材３２ｄに設けられその上部より燃料ダクト
１２まで貫通する案内溝内にシリンダとピストンが設け
られ上部に駆動部を有する仕切板駆動装置５３、同駆動
装置５３のピストンの下端に設けられた仕切板５１、上
記燃料ダクト１２内に配設された燃料ガス圧力検出器５
５、上記シールガスケット用重し２０に設けられた酸化
ガス流通路４１ａ内に配設された酸化ガス圧力検出器５
６、および上記燃料ガス圧力検出器５５と酸化ガス圧力
検出器５６が電線により接続され上記仕切板駆動装置５
３を制御する駆動制御装置５４を備えている。

【００２６】上記において、酸化ガス流通路４１ａ内に
配設された燃料ガス圧力検出器５５と燃料ダクト１２内
に配設された酸化ガス圧力検出器５６がそれぞれ出力し
た検出信号は駆動制御装置５４に入力され、同駆動制御
装置５４は液圧を切換弁を介して前記仕切弁駆動装置５
３に送る。

【００２７】前記残存燃料ガスダクト５２を開閉する仕
切板５１を駆動する仕切弁駆動装置５３は、燃料ガス圧
力検出器５５の圧力が酸化ガス圧力検出器５６の圧力に
等しくなるように仕切板５１の位置を調節し、燃料電池
９のシール用ガスケット８からの酸化ガス４の燃料ダク
ト１２（または燃料電池収納室４）への漏洩を極少とす
る。

【００２８】上記により、燃料ダクト内の燃料ガスの圧
力を酸化ガス流通路の圧力に見合った圧力まで上昇させ
ることを可能としたため、燃料電池のシール用ガスケッ
トからの酸化ガスの漏洩を抑制することが可能となった
。

【００２９】

【発明の効果】本発明の差圧調整装置を備えた発電装置
は、燃料ガス圧力検出器と酸化ガス圧力検出器がそれぞ
れ燃料ダクト内と酸化ガス流通路内の圧力を検出してそ
れぞれの圧力信号を駆動制御装置へ入力し、同制御装置
が仕切板駆動装置を介して残存燃料ダクトに設けられた
仕切板の位置を調節することによって、燃料ダクト内の
燃料ガスの圧力を酸化ガス流通路の圧力に見合った圧力
まで上昇させることが可能となったため、燃料電池のシ
ール用ガスケットからの酸化ガスの漏洩を抑制すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る発電装置の説明図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】平板型固体電解質燃料電池の斜視図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図である。

【図５】先願に係る発電装置の説明図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　燃料ガス ４　　　　　　　　酸化ガス ８　　　　　　　　シール用ガスケット９　　　　　　
　　燃料電池 １０　　　　　　電圧発生部支持枠 １１　　　　　　インタコネクタ １２　　　　　　燃料ダクト １５　　　　　　残存燃料ガス １６　　　　　　アフタバーナ ３１　　　　　　排ガス室 ３２ｄ　　　　板状耐火部材 ３５　　　　　　燃料電池収納室 ５１　　　　　　仕切板 ５２　　　　　　残存燃料ガスダクト ５３　　　　　　仕切板駆動装置 ５４　　　　　　駆動制御装置 ５５　　　　　　燃料ガス圧力検出器 ５６　　　　　　酸化ガス圧力検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料ダクトと酸化ガス流通路が接続さ
   れ残存燃料ガスダクトに接続され電圧発生部支持枠とイ
   ンタコネクタがシール用ガスケットを介して積層された
   燃料電池を備えた発電装置において、上記残存燃料ガス
   ダクトに設けられ同ダクトを開閉する仕切板、上記燃料
   ダクト内と酸化ガス流通路内にそれぞれ設けられた燃料
   ガス圧力検出器と酸化ガス圧力検出器、同それぞれの圧
   力検出器より圧力信号を入力し制御信号を出力する駆動
   制御装置、および同制御装置より制御信号を入力して上
   記仕切板を駆動する仕切板駆動装置を具備したことを特
   徴とする差圧調整装置を備えた発電装置。