JPH0646569B2 - りん酸型燃料電池 - Google Patents
りん酸型燃料電池Info
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- JPH0646569B2 JPH0646569B2 JP60276446A JP27644685A JPH0646569B2 JP H0646569 B2 JPH0646569 B2 JP H0646569B2 JP 60276446 A JP60276446 A JP 60276446A JP 27644685 A JP27644685 A JP 27644685A JP H0646569 B2 JPH0646569 B2 JP H0646569B2
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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
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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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
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Description
この発明は、電池積層体に燃料ガスと酸化剤ガスとを供
給して電気化学反応により発電させ、電池積層体に加圧
水を供給して電極の温度制御を行なうりん酸型燃料電池
に関する。
給して電気化学反応により発電させ、電池積層体に加圧
水を供給して電極の温度制御を行なうりん酸型燃料電池
に関する。
燃料電池の電池積層体は、反応ガスの流路を有する一対
の燃料電極と空気電極との間に電解質としてのりん酸を
含浸させたマトリックスを挟持してなる単位セルを多数
積層して形成される。 さらに電池積層体の４方の側面には、燃料ガス及び空気
を互いに直交する方向に給排気するためマニホールドが
取り付けられている。これらの電極に一方側からは燃料
ガスを、他方側からは空気を供給して電気化学的反応に
基づく電気エネルギーを両極より取り出すよう構成され
ている。 第２図は従来のりん酸型燃料電池の構成と系統配管を示
す概略図である。燃料電池１４には電池積層体が内蔵さ
れ、電極を加熱または冷却するために加圧水を供給して
いる。 一般にりん酸型燃料電池の発電時における平均温度は14
0℃ないし190℃であることが好ましい。その理由は200
℃を超える温度では電極構成材料の熱劣化を、また140
℃より低い温度では反応生成物の凝縮液による電極のぬ
れ現象にもとづく発電電圧の低下を招くからである。 一般に水冷式りん酸型燃料電池においては、電極材と同
質の材料からなる冷却体に加圧水を通すことにより電極
材の温度調整を行っている。その場合前記加圧水を前記
燃料電池の冷却体に供給する手段として従来の例として
は、第２図に示すように上水道水を上水元栓１を介して
純水カートリッジ２に供給し、このカートリッジ２にお
いて変換された純水は、純水供給ポンプ３により、純水
供給弁８ａ、加圧水逆流防止弁21を介してボイラ９に供
給される。そのとき純水供給ポンプ３は、ボイラ９内の
水位を検出して発信する水位計13からの信号により運転
あるいは停止を行う。 ボイラ９内において純水は電気ヒータなどにより加熱さ
れて圧力制御弁10ｂにより制御され、ボイラ９内の蒸気
圧力に見合う温度の加圧水となる。ボイラ９内に発生し
た加圧水は加圧水供給弁８ｂとフイルタ20を介して加圧
水循環ポンプ19に送り込まれ、通常３ないし５kg/cm2Ｇ
まで昇圧された後オリフイス流量計15に計測されて所定
の流量になる如く流量制御弁10ｃにより制御されて加圧
水供給弁８ｄを介し燃料電池14に供給され、燃料電池14
の電極の温度制御を行った後、加圧水排出弁８ｃを介し
てボイラ９に還流する。前記のように循環を反復する間
に徐々に昇温される圧力水により燃料電池14も反復加熱
されて最初の燃料電池14の目標温度140℃にまで昇温す
る。 燃料電池14はその電極温度が140℃に達すると発電を開
始し負荷に電力を供給するが、その際の内部損失により
電極自体も発熱し自ら加熱する。さらに燃料電池として
の発電効率が最も高い180℃ないし190℃に達するまで、
圧力制御弁10ｂによるボイラ９内の圧力制御により徐々
に昇温された加圧水が、燃料電池14に供給され、その後
は燃料電池14の温度を190℃に保持するように制御され
る。 その際、燃料電池14の電極に供給される燃料ガスと空気
との温度が適正に制御されていないと電極部分における
過冷あるいは過熱を招き、前記電極部分における温度分
布が不均一になって出力電圧の低下あるいは電極寿命の
短縮の原因となるから、前記反応ガスも前記加圧水と同
様に温度制御が行われねばならない。その場合、反応ガ
スの温度制御手段として加圧水循環ポンプ19の吐出側に
おいて燃料電池14に至る主管から分岐されたバイパス管
を設け、このこのバイパス管を第２図に示すように反応
ガス配管17に巻装された反応ガス温度制御用トレス管18
に接続するか、あるいはボイラ９から反応ガス温度制御
用熱交換式予熱器（図示せず）に専用の加圧水を供給す
るかして、加圧水が反応ガスを予熱した後、戻り弁８ｅ
を介してボイラ９に還流するようにしている。
の燃料電極と空気電極との間に電解質としてのりん酸を
含浸させたマトリックスを挟持してなる単位セルを多数
積層して形成される。 さらに電池積層体の４方の側面には、燃料ガス及び空気
を互いに直交する方向に給排気するためマニホールドが
取り付けられている。これらの電極に一方側からは燃料
ガスを、他方側からは空気を供給して電気化学的反応に
基づく電気エネルギーを両極より取り出すよう構成され
ている。 第２図は従来のりん酸型燃料電池の構成と系統配管を示
す概略図である。燃料電池１４には電池積層体が内蔵さ
れ、電極を加熱または冷却するために加圧水を供給して
いる。 一般にりん酸型燃料電池の発電時における平均温度は14
0℃ないし190℃であることが好ましい。その理由は200
℃を超える温度では電極構成材料の熱劣化を、また140
℃より低い温度では反応生成物の凝縮液による電極のぬ
れ現象にもとづく発電電圧の低下を招くからである。 一般に水冷式りん酸型燃料電池においては、電極材と同
質の材料からなる冷却体に加圧水を通すことにより電極
材の温度調整を行っている。その場合前記加圧水を前記
燃料電池の冷却体に供給する手段として従来の例として
は、第２図に示すように上水道水を上水元栓１を介して
純水カートリッジ２に供給し、このカートリッジ２にお
いて変換された純水は、純水供給ポンプ３により、純水
供給弁８ａ、加圧水逆流防止弁21を介してボイラ９に供
給される。そのとき純水供給ポンプ３は、ボイラ９内の
水位を検出して発信する水位計13からの信号により運転
あるいは停止を行う。 ボイラ９内において純水は電気ヒータなどにより加熱さ
れて圧力制御弁10ｂにより制御され、ボイラ９内の蒸気
圧力に見合う温度の加圧水となる。ボイラ９内に発生し
た加圧水は加圧水供給弁８ｂとフイルタ20を介して加圧
水循環ポンプ19に送り込まれ、通常３ないし５kg/cm2Ｇ
まで昇圧された後オリフイス流量計15に計測されて所定
の流量になる如く流量制御弁10ｃにより制御されて加圧
水供給弁８ｄを介し燃料電池14に供給され、燃料電池14
の電極の温度制御を行った後、加圧水排出弁８ｃを介し
てボイラ９に還流する。前記のように循環を反復する間
に徐々に昇温される圧力水により燃料電池14も反復加熱
されて最初の燃料電池14の目標温度140℃にまで昇温す
る。 燃料電池14はその電極温度が140℃に達すると発電を開
始し負荷に電力を供給するが、その際の内部損失により
電極自体も発熱し自ら加熱する。さらに燃料電池として
の発電効率が最も高い180℃ないし190℃に達するまで、
圧力制御弁10ｂによるボイラ９内の圧力制御により徐々
に昇温された加圧水が、燃料電池14に供給され、その後
は燃料電池14の温度を190℃に保持するように制御され
る。 その際、燃料電池14の電極に供給される燃料ガスと空気
との温度が適正に制御されていないと電極部分における
過冷あるいは過熱を招き、前記電極部分における温度分
布が不均一になって出力電圧の低下あるいは電極寿命の
短縮の原因となるから、前記反応ガスも前記加圧水と同
様に温度制御が行われねばならない。その場合、反応ガ
スの温度制御手段として加圧水循環ポンプ19の吐出側に
おいて燃料電池14に至る主管から分岐されたバイパス管
を設け、このこのバイパス管を第２図に示すように反応
ガス配管17に巻装された反応ガス温度制御用トレス管18
に接続するか、あるいはボイラ９から反応ガス温度制御
用熱交換式予熱器（図示せず）に専用の加圧水を供給す
るかして、加圧水が反応ガスを予熱した後、戻り弁８ｅ
を介してボイラ９に還流するようにしている。
従来のりん酸型燃料電池における前記の反応ガス予熱手
段は、電極温度に決定的役割を演ずる加圧水により反応
ガスを加熱してこの加圧水とほぼ同一温度に昇進するこ
とができ、電極における温度分布の不均一を防止できる
上に特別な熱源を必要としないから設備費の低減につな
がる利点はあるが、その反面例えば燃料電池14の運転中
の負荷増加による昇温を防止する場合や、特に燃料電池
14の運転停止直前の負荷減少時のように電極温度をでき
る限り急速に低下させるためにボイラ９内の蒸気圧力の
降圧操作を行った際その降圧速度が速い場合には、以下
の欠点がある。 第３図はりん酸型燃料電池の運転モードによるボイラ内
部の蒸気圧力，加圧水温度，ボイラ内液面レベル並びに
循環ポンプの吐出量の変化を、本発明に関わるりん酸型
燃料電池と従来のりん酸型燃料電池について比較表示す
る図である。 第３図に示すように、りん酸型燃料電池の運転モードに
よるボイラ９の内部蒸気圧力（Ａ折れ線）加圧水温度
（Ｂ折れ線）、ボイラ９内の液面レベル（Ｃ折れ線）な
らびに循環ポンプ吐出流量（Ｄ折れ線）のグラフの時間
帯Ｔ３におけるＡ折れ線に示すように、ボイラ９内の蒸
気圧力の急激な降下に伴って同一時間帯における加圧水
温度を示すＢ折れ線のように加圧水温度も急降下する
が、その際ボイラ９内部における蒸気圧力と加圧水温度
との相対関係に一時的な不均衡を生じて加圧水が沸騰す
る結果、ボイラ９の内部、加圧水循環配管あるいは燃料
電池14の内部などに気泡を生じ、この気泡が循環ポンプ
19の内部に入り込み、循環ポンプ19の機能を阻害するた
めに、時間帯Ｔ３における循環ポンプ19の吐出流量が急
激にかつ不必要に減少するため、燃料電池14の電極が過
熱し最悪の場合は焼損する恐れがある。 その場合ボイラ９内部の蒸気圧力降下を緩慢にしてその
速度を一定の値以下に抑制すると、蒸気圧力と加圧水温
度との相対関係の均衡がほぼ維持されて、ボイラ９内
部、前記配管内部あるいは燃料電池14内部の圧力水の沸
騰にもとづく気泡の発生は微弱となり、循環ポンプ19の
機能を阻害してその加圧水吐出量を減少させることはな
いから、前記燃料電池14における過熱減少を予防するこ
とができる。しかし、その際の圧力水温度の降下速度は
0.1℃毎分と極めて低いための制御時間や燃料電池14の
運転を打ち切る場合の停止までに要する時間が長くな
り、実際上著しく不便に成るという欠点を生じる。
段は、電極温度に決定的役割を演ずる加圧水により反応
ガスを加熱してこの加圧水とほぼ同一温度に昇進するこ
とができ、電極における温度分布の不均一を防止できる
上に特別な熱源を必要としないから設備費の低減につな
がる利点はあるが、その反面例えば燃料電池14の運転中
の負荷増加による昇温を防止する場合や、特に燃料電池
14の運転停止直前の負荷減少時のように電極温度をでき
る限り急速に低下させるためにボイラ９内の蒸気圧力の
降圧操作を行った際その降圧速度が速い場合には、以下
の欠点がある。 第３図はりん酸型燃料電池の運転モードによるボイラ内
部の蒸気圧力，加圧水温度，ボイラ内液面レベル並びに
循環ポンプの吐出量の変化を、本発明に関わるりん酸型
燃料電池と従来のりん酸型燃料電池について比較表示す
る図である。 第３図に示すように、りん酸型燃料電池の運転モードに
よるボイラ９の内部蒸気圧力（Ａ折れ線）加圧水温度
（Ｂ折れ線）、ボイラ９内の液面レベル（Ｃ折れ線）な
らびに循環ポンプ吐出流量（Ｄ折れ線）のグラフの時間
帯Ｔ３におけるＡ折れ線に示すように、ボイラ９内の蒸
気圧力の急激な降下に伴って同一時間帯における加圧水
温度を示すＢ折れ線のように加圧水温度も急降下する
が、その際ボイラ９内部における蒸気圧力と加圧水温度
との相対関係に一時的な不均衡を生じて加圧水が沸騰す
る結果、ボイラ９の内部、加圧水循環配管あるいは燃料
電池14の内部などに気泡を生じ、この気泡が循環ポンプ
19の内部に入り込み、循環ポンプ19の機能を阻害するた
めに、時間帯Ｔ３における循環ポンプ19の吐出流量が急
激にかつ不必要に減少するため、燃料電池14の電極が過
熱し最悪の場合は焼損する恐れがある。 その場合ボイラ９内部の蒸気圧力降下を緩慢にしてその
速度を一定の値以下に抑制すると、蒸気圧力と加圧水温
度との相対関係の均衡がほぼ維持されて、ボイラ９内
部、前記配管内部あるいは燃料電池14内部の圧力水の沸
騰にもとづく気泡の発生は微弱となり、循環ポンプ19の
機能を阻害してその加圧水吐出量を減少させることはな
いから、前記燃料電池14における過熱減少を予防するこ
とができる。しかし、その際の圧力水温度の降下速度は
0.1℃毎分と極めて低いための制御時間や燃料電池14の
運転を打ち切る場合の停止までに要する時間が長くな
り、実際上著しく不便に成るという欠点を生じる。
燃料電池の温度制御を行う際にボイラ内部の蒸気圧力を
加減して加圧水温度を制御する場合に従来のりん酸型燃
料電池が有する前記の欠点に鑑み、本発明は加圧水の温
度制御のための前記ボイラ内部の蒸気圧力の降下速度が
速い場合に、前記蒸気圧力と加圧水温度との相対関係の
不均衡にもとづき発生する気泡が圧力水循環ポンプの内
部に浸入するのを防止し、該ポンプの加圧水吐出量を安
定させることにより燃料電池の温度制御を円滑かつ的確
に行い得るりん酸型燃料電池を提供することを目的とす
る。
加減して加圧水温度を制御する場合に従来のりん酸型燃
料電池が有する前記の欠点に鑑み、本発明は加圧水の温
度制御のための前記ボイラ内部の蒸気圧力の降下速度が
速い場合に、前記蒸気圧力と加圧水温度との相対関係の
不均衡にもとづき発生する気泡が圧力水循環ポンプの内
部に浸入するのを防止し、該ポンプの加圧水吐出量を安
定させることにより燃料電池の温度制御を円滑かつ的確
に行い得るりん酸型燃料電池を提供することを目的とす
る。
電極と冷却体とからなる電池積層体の前記電極に燃料ガ
スと酸化剤ガスとを供給する手段と、加圧水を発生する
ボイラ，このボイラに純水を供給する純水供給ポンプ，
前記ボイラの加圧水を循環させる加圧水循環ポンプ，前
記電池積層体の冷却体及び循環経路からなり、前記ボイ
ラの蒸気圧力を制御して前記加圧水の温度を調節し温度
調節された前記加圧水を前記電池積層体の冷却体に循環
させる冷却系とを備え、前記冷却系が発電開始時には前
記電極を所定の温度まで加熱させ、運転中は前記電極を
所定の温度に保ち、負荷減少時には前記電極の温度を低
下させるようにするものであるりん酸型燃料電池におい
て、前記純水供給ポンプと前記ボイラとの間に、前記加
圧水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の一部を導いて
純水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧力制御弁を介
して前記ボイラと加圧水循環ポンプとの間の管路に還流
させる純水予熱装置を設け、前記純水予熱装置は負荷減
少時に前記加圧水の温度を低下させるために前記ボイラ
の蒸気圧力を降下させ前記ボイラの蒸気圧力の降下速度
が速いとき、前記純水予熱装置により温度が低下した加
圧水を圧力制御弁で所定の圧力に制御して、前記ボイラ
から前記加圧水循環ポンプの流入側に連なる管路に還流
させるようにすることによって、上記目的を達成する。
スと酸化剤ガスとを供給する手段と、加圧水を発生する
ボイラ，このボイラに純水を供給する純水供給ポンプ，
前記ボイラの加圧水を循環させる加圧水循環ポンプ，前
記電池積層体の冷却体及び循環経路からなり、前記ボイ
ラの蒸気圧力を制御して前記加圧水の温度を調節し温度
調節された前記加圧水を前記電池積層体の冷却体に循環
させる冷却系とを備え、前記冷却系が発電開始時には前
記電極を所定の温度まで加熱させ、運転中は前記電極を
所定の温度に保ち、負荷減少時には前記電極の温度を低
下させるようにするものであるりん酸型燃料電池におい
て、前記純水供給ポンプと前記ボイラとの間に、前記加
圧水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の一部を導いて
純水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧力制御弁を介
して前記ボイラと加圧水循環ポンプとの間の管路に還流
させる純水予熱装置を設け、前記純水予熱装置は負荷減
少時に前記加圧水の温度を低下させるために前記ボイラ
の蒸気圧力を降下させ前記ボイラの蒸気圧力の降下速度
が速いとき、前記純水予熱装置により温度が低下した加
圧水を圧力制御弁で所定の圧力に制御して、前記ボイラ
から前記加圧水循環ポンプの流入側に連なる管路に還流
させるようにすることによって、上記目的を達成する。
この発明においては、純水供給ポンプとボイラとの間
に、加圧水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の一部を
導いて純水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧力制御
弁を介してボイラと加圧水循環ポンプとの間の管路に還
流させる純水予熱装置を設け、純水予熱装置は負荷減少
時に加圧水の温度を低下させるためにボイラの蒸気圧力
を降下させボイラの蒸気圧力の降下速度が速いとき、純
水予熱装置により温度が低下した加圧水を圧力制御弁で
所定の圧力に制御して、ボイラから加圧水循環ポンプの
流入側に連なる管路に還流させるので、加圧水循環ポン
プの加圧水流入側の加圧水温度を加圧水発生器から送ら
れる加圧水温度よりも低温に保って、蒸気圧力の急降下
に基づく気泡の発生を防止することにより、加圧水循環
ポンプの吐出流量不足をなくし、電池積層体へ供給する
加圧水の流量を安定させることができる。
に、加圧水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の一部を
導いて純水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧力制御
弁を介してボイラと加圧水循環ポンプとの間の管路に還
流させる純水予熱装置を設け、純水予熱装置は負荷減少
時に加圧水の温度を低下させるためにボイラの蒸気圧力
を降下させボイラの蒸気圧力の降下速度が速いとき、純
水予熱装置により温度が低下した加圧水を圧力制御弁で
所定の圧力に制御して、ボイラから加圧水循環ポンプの
流入側に連なる管路に還流させるので、加圧水循環ポン
プの加圧水流入側の加圧水温度を加圧水発生器から送ら
れる加圧水温度よりも低温に保って、蒸気圧力の急降下
に基づく気泡の発生を防止することにより、加圧水循環
ポンプの吐出流量不足をなくし、電池積層体へ供給する
加圧水の流量を安定させることができる。
第１図はこの発明の実施例によるりん酸型燃料電池の構
成と系統配管を示す概略図である。第１図において第２
図と同じ部位は同じ符号を付してある。 第１図において、純水カートリッジ２に供給されこのカ
ートリッジにおいて電気抵抗の高い純水に変換され、供
給ポンプ３により加圧されて熱交換器をなす純水予熱装
置４と純水供給弁８ａ並びに加圧水逆流防止弁21を介し
てボイラ９に供給される。この場合純水の供給制御は、
ボイラ９の水位計13の水位検出信号により純水供給ポン
プ３が運転あるいは停止を反復することにより行われ
る。水位が確保されるとボイラ９内の電気ヒータ12によ
り純水を加熱し常温から徐々に昇温して190℃に至る圧
力水を得るようにする。その際加圧水の温度制御は、圧
力検出器24によりボイラ９内の蒸気圧力を検出して圧力
制御弁10ｂにより行う蒸気圧力制御と温度センサ23によ
り加圧水温度を検出して行う電気ヒータ12の電流制御と
の両面から行われる。 ボイラ９内の圧力水の温度上昇と同時に加圧水供給弁８
ｂと異物除去のためのフイルタ20を介して加圧水が温度
センサ22により温度を監視されつつ循環ポンプ19に供給
される。循環ポンプ19は加圧水の圧力を４ないし６kg/c
m2Ｇに昇圧し供給流量監視用のオリフィス流量計15と流
量制御弁10ｃとさらに加圧水供給弁８ｄを介して燃料電
池14に供給する。この場合加圧水は燃料電池14の電極を
加熱する必要のある場合には、その熱エネルギを放出
し、また逆に前記電極を冷却する必要の有る場合にはこ
の電極の熱エネルギを吸収して燃料電池14内部の温度制
御を行い、加圧水排出弁８ｃを介してボイラ９に還流す
る。 また、前記りん酸型燃料電池においては、第１図に示す
ように、燃料電池14を経由することなく加圧水を循環さ
せるバイパス弁８ｅとバイパス路25が循環ポンプ19の吐
出側とボイラ９の加圧水還流側との間に設けられてい
る。 前記のように構成された加圧水供給装置において、常に
ボイラ９内の蒸気圧力と加圧水温度との相対関係が均衡
を保持するように、ボイラ９内の蒸気圧力と加圧水の流
量と電気ヒータの電流とのそれぞれの制御が相関的に行
われることは、従来のりん酸型燃料電池の場合と同様で
ある。 この発明においては、純水供給ポンプ３とボイラ９との
間に、加圧水循環ポンプ19の加圧水流出側の加圧水の一
部を導いて純水と熱交換させる純水予熱装置４を設け、
ボイラ９の蒸気圧力の降下速度が速いとき、純水予熱装
置４により温度が低下した加圧水を圧力制御弁10ａで所
定の圧力に制御してボイラ９から加圧水循環ポンプ19の
流入側に連なる管路に還流させるようにした。 以下順を追って説明する。加圧水循環ポンプ19で調圧し
た加圧水の一部をバイパス管25のバイパス弁８ｅの手前
で分岐した配管26を経由し、配管トレス弁16ａ，16ｂ，
16ｃを介して反応ガス管17に巻装したトレス配管18の内
部に流通させて反応ガスの予熱を行う。燃料電池14に送
り込まれる加圧水より低温になってトレス管18から流出
する加圧水を配管27を経て純水予熱装置４に導く。純水
予熱装置４は、予熱水開放弁７とこの開放弁７に並列に
接続された予熱管導通弁６と予熱管５とから構成されて
いる。 予熱水開放弁７と純水予熱装置４とに適宜分流して圧力
制御弁10ａに達した加圧水を圧力制御弁10ａで圧力制御
した後、加圧水循環ポンプ19に供給する。この結果加圧
水循環ポンプ19の入口側における加圧水には、加圧水循
環ポンプ19の出口側温度より反応ガスの加熱と純水の加
熱のために、熱を失ってある程度低い温度になった加圧
水が混入されるから、加圧水循環ポンプ入口側の加圧水
温度はボイラ９の内部の加圧水の温度に比較して相当に
低温となる。その結果第３図のグラフの時間帯Ｔ３にお
けるボイラ内部の蒸気圧力の急降下に際して発生する気
泡も、循環ポンプ19の入口側における加圧水の温度の低
下により消滅し、ポンプ19における気泡に原因する機能
阻害が防止され、その吐出流量は第３図のグラフＤ曲線
において破線で示すようにほとんど変化することがなく
なり、加圧水の不足にもとづく燃料電池の電極の加熱を
防止することができる。その際、加圧水循環ポンプ19の
入口側における加圧水の温度を予熱水開放弁７の開度と
圧力弁10ａの開度とを調節することにより、ボイラ９に
おける蒸気圧力の降下速度に従って生ずる沸騰気泡の実
情に対応させて制御することができる。
成と系統配管を示す概略図である。第１図において第２
図と同じ部位は同じ符号を付してある。 第１図において、純水カートリッジ２に供給されこのカ
ートリッジにおいて電気抵抗の高い純水に変換され、供
給ポンプ３により加圧されて熱交換器をなす純水予熱装
置４と純水供給弁８ａ並びに加圧水逆流防止弁21を介し
てボイラ９に供給される。この場合純水の供給制御は、
ボイラ９の水位計13の水位検出信号により純水供給ポン
プ３が運転あるいは停止を反復することにより行われ
る。水位が確保されるとボイラ９内の電気ヒータ12によ
り純水を加熱し常温から徐々に昇温して190℃に至る圧
力水を得るようにする。その際加圧水の温度制御は、圧
力検出器24によりボイラ９内の蒸気圧力を検出して圧力
制御弁10ｂにより行う蒸気圧力制御と温度センサ23によ
り加圧水温度を検出して行う電気ヒータ12の電流制御と
の両面から行われる。 ボイラ９内の圧力水の温度上昇と同時に加圧水供給弁８
ｂと異物除去のためのフイルタ20を介して加圧水が温度
センサ22により温度を監視されつつ循環ポンプ19に供給
される。循環ポンプ19は加圧水の圧力を４ないし６kg/c
m2Ｇに昇圧し供給流量監視用のオリフィス流量計15と流
量制御弁10ｃとさらに加圧水供給弁８ｄを介して燃料電
池14に供給する。この場合加圧水は燃料電池14の電極を
加熱する必要のある場合には、その熱エネルギを放出
し、また逆に前記電極を冷却する必要の有る場合にはこ
の電極の熱エネルギを吸収して燃料電池14内部の温度制
御を行い、加圧水排出弁８ｃを介してボイラ９に還流す
る。 また、前記りん酸型燃料電池においては、第１図に示す
ように、燃料電池14を経由することなく加圧水を循環さ
せるバイパス弁８ｅとバイパス路25が循環ポンプ19の吐
出側とボイラ９の加圧水還流側との間に設けられてい
る。 前記のように構成された加圧水供給装置において、常に
ボイラ９内の蒸気圧力と加圧水温度との相対関係が均衡
を保持するように、ボイラ９内の蒸気圧力と加圧水の流
量と電気ヒータの電流とのそれぞれの制御が相関的に行
われることは、従来のりん酸型燃料電池の場合と同様で
ある。 この発明においては、純水供給ポンプ３とボイラ９との
間に、加圧水循環ポンプ19の加圧水流出側の加圧水の一
部を導いて純水と熱交換させる純水予熱装置４を設け、
ボイラ９の蒸気圧力の降下速度が速いとき、純水予熱装
置４により温度が低下した加圧水を圧力制御弁10ａで所
定の圧力に制御してボイラ９から加圧水循環ポンプ19の
流入側に連なる管路に還流させるようにした。 以下順を追って説明する。加圧水循環ポンプ19で調圧し
た加圧水の一部をバイパス管25のバイパス弁８ｅの手前
で分岐した配管26を経由し、配管トレス弁16ａ，16ｂ，
16ｃを介して反応ガス管17に巻装したトレス配管18の内
部に流通させて反応ガスの予熱を行う。燃料電池14に送
り込まれる加圧水より低温になってトレス管18から流出
する加圧水を配管27を経て純水予熱装置４に導く。純水
予熱装置４は、予熱水開放弁７とこの開放弁７に並列に
接続された予熱管導通弁６と予熱管５とから構成されて
いる。 予熱水開放弁７と純水予熱装置４とに適宜分流して圧力
制御弁10ａに達した加圧水を圧力制御弁10ａで圧力制御
した後、加圧水循環ポンプ19に供給する。この結果加圧
水循環ポンプ19の入口側における加圧水には、加圧水循
環ポンプ19の出口側温度より反応ガスの加熱と純水の加
熱のために、熱を失ってある程度低い温度になった加圧
水が混入されるから、加圧水循環ポンプ入口側の加圧水
温度はボイラ９の内部の加圧水の温度に比較して相当に
低温となる。その結果第３図のグラフの時間帯Ｔ３にお
けるボイラ内部の蒸気圧力の急降下に際して発生する気
泡も、循環ポンプ19の入口側における加圧水の温度の低
下により消滅し、ポンプ19における気泡に原因する機能
阻害が防止され、その吐出流量は第３図のグラフＤ曲線
において破線で示すようにほとんど変化することがなく
なり、加圧水の不足にもとづく燃料電池の電極の加熱を
防止することができる。その際、加圧水循環ポンプ19の
入口側における加圧水の温度を予熱水開放弁７の開度と
圧力弁10ａの開度とを調節することにより、ボイラ９に
おける蒸気圧力の降下速度に従って生ずる沸騰気泡の実
情に対応させて制御することができる。
以上に説明したように、本発明によれば、りん酸型燃料
電池において、純水供給ポンプとボイラとの間に、加圧
水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の一部を導いて純
水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧力制御弁を介し
てボイラと加圧水循環ポンプとの間の管路に還流させる
純水予熱装置を設け、ボイラの蒸気圧力の降下速度が速
いとき、純水予熱装置により温度が低下した加圧水を圧
力制御弁により制御して、ボイラから流量調節弁を経て
加圧水循環ポンプの流入側に連なる管路に還流させ、加
圧水循環ポンプの加圧水流入側の加圧水温度を、ボイラ
から送られる加圧水温度よりも低温に保ち、加圧水循環
ポンプの吐出流量を安定させることができるから、燃料
電池の電極を過熱焼損から保護できる。
電池において、純水供給ポンプとボイラとの間に、加圧
水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の一部を導いて純
水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧力制御弁を介し
てボイラと加圧水循環ポンプとの間の管路に還流させる
純水予熱装置を設け、ボイラの蒸気圧力の降下速度が速
いとき、純水予熱装置により温度が低下した加圧水を圧
力制御弁により制御して、ボイラから流量調節弁を経て
加圧水循環ポンプの流入側に連なる管路に還流させ、加
圧水循環ポンプの加圧水流入側の加圧水温度を、ボイラ
から送られる加圧水温度よりも低温に保ち、加圧水循環
ポンプの吐出流量を安定させることができるから、燃料
電池の電極を過熱焼損から保護できる。
第１図はこの発明の実施例によるりん酸型燃料電池の構
成と系統配管を示す概略図、第２図は従来のりん酸型燃
料電池の構成と系統配管を示す概略図、第３図はりん酸
型燃料電池の運転モードによるボイラ内部の蒸気圧力，
加圧水温度，ボイラ内液面レベル並びに循環ポンプの吐
出量の変化を、本発明に関わるりん酸型燃料電池と従来
のりん酸型燃料電池について比較表示する図である。 １：上水元弁、２：純水カートリッジ、３：純水供給ポ
ンプ、４：純水予熱装置、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８
ｅ：流量調節弁、９：ボイラ、10ａ，10ｂ，10ｃ：圧力
制御弁、12：電気ヒータ、13：ボイラ水位計、14：燃料
電池、15：オリフィス流量計、19：加圧水循環ポンプ、
22，23：温度センサ、24：圧力検出器。
成と系統配管を示す概略図、第２図は従来のりん酸型燃
料電池の構成と系統配管を示す概略図、第３図はりん酸
型燃料電池の運転モードによるボイラ内部の蒸気圧力，
加圧水温度，ボイラ内液面レベル並びに循環ポンプの吐
出量の変化を、本発明に関わるりん酸型燃料電池と従来
のりん酸型燃料電池について比較表示する図である。 １：上水元弁、２：純水カートリッジ、３：純水供給ポ
ンプ、４：純水予熱装置、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８
ｅ：流量調節弁、９：ボイラ、10ａ，10ｂ，10ｃ：圧力
制御弁、12：電気ヒータ、13：ボイラ水位計、14：燃料
電池、15：オリフィス流量計、19：加圧水循環ポンプ、
22，23：温度センサ、24：圧力検出器。
Claims (1)
- 【請求項１】電極と冷却体とからなる電池積層体の前記
電極に燃料ガスと酸化剤ガスとを供給する手段と、加圧
水を発生するボイラ，このボイラに純水を供給する純水
供給ポンプ，前記ボイラの加圧水を循環させる加圧水循
環ポンプ，前記電池積層体の冷却体及び循環経路からな
り、前記ボイラの蒸気圧力を制御して前記加圧水の温度
を調節し温度調節された前記加圧水を前記電池積層体の
冷却体に循環させる冷却系とを備え、前記冷却系が発電
開始時には前記電極を所定の温度まで加熱させ、運転中
は前記電極を所定の温度に保ち、負荷減少時には前記電
極の温度を低下させるようにするものであるりん酸型燃
料電池において、前記純水供給ポンプと前記ボイラとの
間に、前記加圧水循環ポンプの加圧水流出側の加圧水の
一部を導いて純水と熱交換させ、熱交換後の加圧水を圧
力制御弁を介して前記ボイラと加圧水循環ポンプとの間
の管路に還流させる純水予熱装置を設け、前記純水予熱
装置は負荷減少時に前記加圧水の温度を低下させるため
に前記ボイラの蒸気圧力を降下させ前記ボイラの蒸気圧
力の降下速度が速いとき、前記純水予熱装置により温度
が低下した加圧水を圧力制御弁で所定の圧力に制御し
て、前記ボイラから前記加圧水循環ポンプの流入側に連
なる管路に還流させるものであることを特徴とするりん
酸型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60276446A JPH0646569B2 (ja) | 1985-12-09 | 1985-12-09 | りん酸型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60276446A JPH0646569B2 (ja) | 1985-12-09 | 1985-12-09 | りん酸型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62136773A JPS62136773A (ja) | 1987-06-19 |
| JPH0646569B2 true JPH0646569B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=17569541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60276446A Expired - Lifetime JPH0646569B2 (ja) | 1985-12-09 | 1985-12-09 | りん酸型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646569B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2710124B2 (ja) * | 1988-02-25 | 1998-02-10 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池の水蒸気分離器への純水供給量制御装置 |
| JPH0821405B2 (ja) * | 1989-01-06 | 1996-03-04 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池水処理装置 |
| WO2006071233A1 (en) * | 2004-12-29 | 2006-07-06 | Utc Power Corporation | Fuel cell assembly with operating temperatures for extended life |
-
1985
- 1985-12-09 JP JP60276446A patent/JPH0646569B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62136773A (ja) | 1987-06-19 |
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