JPH0722049A - 燃料電池の試験装置 - Google Patents

燃料電池の試験装置

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JPH0722049A
JPH0722049A JP5164943A JP16494393A JPH0722049A JP H0722049 A JPH0722049 A JP H0722049A JP 5164943 A JP5164943 A JP 5164943A JP 16494393 A JP16494393 A JP 16494393A JP H0722049 A JPH0722049 A JP H0722049A
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JP
Japan
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fuel cell
gas
reformer
cathode
fuel
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JP5164943A
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English (en)
Inventor
Hajime Saito
一 斉藤
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダミー電池を用いて本物の燃料電池の運転特
性を加味した試験を行うことができる燃料電池の試験装
置を提供する。 【構成】 燃料電池を出たアノード排ガス4をカソード
排ガス7の一部で燃焼させその熱で燃料ガス1をアノー
ドガスに改質する改質器10と、改質器を出た燃焼排ガ
スを燃料電池に入るカソードガスに供給する排ガス循環
ライン30と、空気を排ガス循環ラインに供給する空気
供給装置40とを備える。更に、燃料電池と同一のガス
出入口を有するダミー電池21と、試験装置の各部分を
流れるガス流量を検出する複数の流量センサー12、1
3、23、41と、改質器及び燃料電池の反応特性を算
出する演算装置50とを備えており、この演算装置によ
り、アノードガス及びカソードガスの組成を算出し、こ
の組成から改質器の燃料利用率と燃料電池の電池電圧、
電池出力、及びインバータ出力を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の試験装置に
係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池の試験装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図3に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分(例えば80%)を消費
した後、アノード排ガス4として改質器10の燃焼室C
oに供給される。燃料ガス1は燃料予熱器11により予
熱されて改質器の改質室Reに入る。改質器ではアノー
ド排ガス中の可燃成分(水素、一酸化炭素、メタン等)
を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Reを
加熱し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼
排ガス5は、空気予熱器32で熱回収され、凝縮器33
と気水分離器34で水分を除去され、タービン圧縮機
(動力回収装置40)で加圧された空気6が混入し、こ
の混合ガスが空気予熱器32で加熱されてカソードガス
3に合流する。これにより、電池のアノード側で発生し
た二酸化炭素が、燃焼排ガス5を介して燃料電池用のカ
ソードガス3に入り、燃料電池のカソード反応に必要な
二酸化炭素をカソード側Cに供給する。カソードガス3
は燃料電池内でその一部が反応してカソード排ガス7と
なり、その一部はカソード入口側に再循環され、一部は
改質器10の燃焼室Coに供給されてアノード排ガス4
を燃焼させ、残りは動力回収装置40に供給されて圧力
回収され、系外に排出される。なお、この図で22は燃
料電池の格納容器、8は格納容器のパージガスである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池の試験装置
は、図3に示した燃料電池発電装置とほぼ同一の装置で
あり、燃料電池20だけが取り外されたものである。実
際の燃料電池の試験に先立ち、ダミー電池(図示せず)
が格納容器22内に格納され、その他の機器は実際の燃
料電池発電装置と同様に運転し、試験装置の特性試験が
行われる。試験装置の特性試験が完了した後に、本物の
燃料電池20が格納され、燃料電池発電装置としての試
験を行う。
【0004】しかし、従来の燃料電池の試験装置では、
ダミー電池はガス通路を有するだけであり、試験装置の
運転状態を変化させても、実際の燃料電池発電装置の運
転特性が十分把握できない問題点があった。特に、起動
時や負荷変動時のような動特性は、本物の燃料電池を用
いないと運転特性がほとんど把握できなかった。このた
め、従来は本物の燃料電池を格納した後で、動特性等の
試験装置の特性試験を再度試験する必要があり、この試
験により、燃料電池に過度の負荷変動や温度変化を与
え、燃料電池に損傷を与えるおそれがあった。
【0005】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ダミ
ー電池を用いて本物の燃料電池の運転特性を加味した試
験を行うことができる燃料電池の試験装置を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池を備えることができるようになっており、
燃料電池を出たアノード排ガスをカソード排ガスの一部
で燃焼させその熱で燃料ガスをアノードガスに改質する
改質器と、改質器を出た燃焼排ガスを燃料電池に入るカ
ソードガスに供給する排ガス循環ラインと、空気を排ガ
ス循環ラインに供給する空気供給装置とを備えた燃料電
池の試験装置において、燃料電池と同一のガス出入口を
有するダミー電池と、試験装置の各部分を流れるガス流
量を検出する複数の流量センサーと、改質器及び燃料電
池の反応特性を算出する演算装置とを備え、該演算装置
により、アノードガス及びカソードガスの組成を算出
し、該組成から改質器の燃料利用率と燃料電池の電池電
圧、電池出力、及びインバータ出力を算出する、ことを
特徴とする燃料電池の試験装置が提供される。
【0007】
【作用】上記本発明の構成によれば、燃料電池と同一の
ガス出入口を有するダミー電池を備えるので、本物の燃
料電池を用いることなく、試験装置の特性試験を実施す
ることができる。また、試験装置の各部分を流れるガス
流量を検出する複数の流量センサーと、改質器及び燃料
電池の反応特性を算出する演算装置とを備えるので、試
験装置の運転状態を変化させて、実際の燃料電池発電装
置の運転特性を把握することができる。更に、この演算
装置により、アノードガス及びカソードガスの組成を算
出し、該組成から改質器の燃料利用率と燃料電池の電池
電圧、電池出力、及びインバータ出力を算出する、こと
ができるので、起動時や負荷変動時のような動特性を、
本物の燃料電池を用いることなく把握することができ
る。従って、本物の燃料電池を格納した後で、動特性等
の試験装置の特性試験を再度試験する必要がほとんどな
くなり、燃料電池の損傷を未然に防ぐことができる。
【0008】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を付して使用する。図1は、本発明による燃料
電池の試験装置の全体構成を示す図である。この図にお
いて、本発明による燃料電池の試験装置は、水素を含む
アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する
燃料電池を備えることができるようになっており、燃料
電池の代わりにダミー電池21が取り付けられている。
更にこの試験装置は、ダミー電池21を出たアノード排
ガス4をカソード排ガス7の一部で燃焼させその熱で燃
料ガス1をアノードガス2に改質する改質器10と、改
質器10を出た燃焼排ガスを燃料電池(すなわちダミー
電池21)に入るカソードガスに供給する排ガス循環ラ
イン30と、空気を排ガス循環ラインに供給する空気供
給装置、すなわち動力回収装置40とを備えている。か
かる構成は、図3に示した燃料電池発電装置とほぼ同一
の装置であり、燃料電池20がダミー電池21で置き換
えられたものである。
【0009】ダミー電池21は、図3の燃料電池20と
同一のガス出入口を有し、アノードガス2がアノード排
ガス4に流れ、カソードガス3がカソード排ガス7に流
れるようになっている。ダミー電池21は、例えば配管
だけで構成するのがよい。更に、本発明による燃料電池
の試験装置は、試験装置の各部分を流れるガス流量を検
出する複数の流量センサー12、13、23、41と、
改質器及び燃料電池の反応特性を算出する演算装置50
とを備える。流量センサー12、13、23、41はそ
れぞれ、燃料ガス流量、蒸気流量、カソードリサイクル
流量、空気流量を検出する。なお、1aは燃料ガス1に
導入される水蒸気である。
【0010】図2は、演算装置50による反応特性の算
出手順を示すブロック線図である。流量センサー12、
13、23、41から検出された燃料ガス流量、蒸気流
量、カソードリサイクル流量、空気流量はそれぞれ演算
装置50に入力される。また、演算装置50には、改質
ガス圧力、改質ガス温度、電池圧力、電池温度、等が予
め運転条件として入力される。
【0011】改質器10における改質反応及び燃料電池
20におけるアノード反応及びカソード反応は、以下の
通りである。 CH4 +0.5H2 O→CO2 +3H2 ・・(改質反応) H2 +CO3 2- →H2 O+CO2 +2e・・(アノード反応) 1/2 O2 +CO2 +2e →CO3 2- ・・(カソード反応) 従って、演算装置50により、燃料ガス流量(主成分C
4 )、蒸気流量(H2O)、改質ガス圧力、及び改質
ガス温度からアノードガス組成を算出し、空気流量及び
カソードリサイクル流量からカソードガス組成を算出す
ることができる。
【0012】次に、アノードガス組成及びカソードガス
組成と電池圧力及び電池温度から電池電圧、電池出力、
及びインバータ出力を算出する。この計算は、燃料電池
の電流と電圧の標準的関係(例えば150mA/cm2
で0.8V/セル)から容易に算出できる。次いで、ア
ノードガス組成と電池出力から燃料利用率を算出する。
これは反応前後のガス組成から計算できる。算出された
燃料利用率及びインバータ出力は、例えば燃料流量の制
御に使用し、試験装置の特性試験(例えば、過渡応答試
験)に用いることができる。
【0013】
【発明の効果】上述したように、本発明の構成によれ
ば、燃料電池と同一のガス出入口を有するダミー電池を
備えるので、本物の燃料電池を用いることなく、試験装
置の特性試験を実施することができる。また、試験装置
の各部分を流れるガス流量を検出する複数の流量センサ
ーと、改質器及び燃料電池の反応特性を算出する演算装
置とを備えるので、試験装置の運転状態を変化させて、
実際の燃料電池発電装置の運転特性を把握することがで
きる。更に、この演算装置により、アノードガス及びカ
ソードガスの組成を算出し、該組成から改質器の燃料利
用率と燃料電池の電池電圧、電池出力、及びインバータ
出力を算出する、ことができるので、起動時や負荷変動
時のような動特性を、本物の燃料電池を用いることなく
把握することができる。従って、本物の燃料電池を格納
した後で、動特性等の試験装置の特性試験を再度試験す
る必要がほとんどなくなり、燃料電池の損傷を未然に防
ぐことができる。
【0014】従って、本発明の燃料電池の試験装置は、
ダミー電池を用いて本物の燃料電池の運転特性を加味し
た試験を行うことができる、優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池の試験装置の全体構成図
である。
【図2】演算装置50による反応特性の算出手順を示す
ブロック線図である。
【図3】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス 2 アノードガス 3 カソードガス 4 アノード排ガス 5 燃焼排ガス 6 空気 7 カソード排ガス 8 パージガス 10 改質器 11 燃料予熱器 12、13 流量センサー 20 燃料電池 21 ダミー電池 23 流量センサー 30 排ガス循環ライン 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 40 動力回収装置(空気供給装置) 41 流量センサー Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素を含むアノードガスと酸素を含むカ
    ソードガスとから発電する燃料電池を備えることができ
    るようになっており、燃料電池を出たアノード排ガスを
    カソード排ガスの一部で燃焼させその熱で燃料ガスをア
    ノードガスに改質する改質器と、改質器を出た燃焼排ガ
    スを燃料電池に入るカソードガスに供給する排ガス循環
    ラインと、空気を排ガス循環ラインに供給する空気供給
    装置とを備えた燃料電池の試験装置において、 燃料電池と同一のガス出入口を有するダミー電池と、試
    験装置の各部分を流れるガス流量を検出する複数の流量
    センサーと、改質器及び燃料電池の反応特性を算出する
    演算装置とを備え、該演算装置により、アノードガス及
    びカソードガスの組成を算出し、該組成から改質器の燃
    料利用率と燃料電池の電池電圧、電池出力、及びインバ
    ータ出力を算出する、ことを特徴とする燃料電池の試験
    装置。
JP5164943A 1993-07-05 1993-07-05 燃料電池の試験装置 Pending JPH0722049A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0997742A3 (en) * 1998-10-28 2000-11-15 Hewlett-Packard Company State-of-charge-measurable batteries
KR100396198B1 (ko) * 2001-08-08 2003-08-27 한국에너지기술연구원 실시간 연료전지 시뮬레이터
US10270119B2 (en) 2014-03-12 2019-04-23 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell stack arrangement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0997742A3 (en) * 1998-10-28 2000-11-15 Hewlett-Packard Company State-of-charge-measurable batteries
KR100396198B1 (ko) * 2001-08-08 2003-08-27 한국에너지기술연구원 실시간 연료전지 시뮬레이터
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