JPH0831324B2 - 燃料電池発電システム燃料系の再循環装置 - Google Patents
燃料電池発電システム燃料系の再循環装置Info
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- JPH0831324B2 JPH0831324B2 JP60138919A JP13891985A JPH0831324B2 JP H0831324 B2 JPH0831324 B2 JP H0831324B2 JP 60138919 A JP60138919 A JP 60138919A JP 13891985 A JP13891985 A JP 13891985A JP H0831324 B2 JPH0831324 B2 JP H0831324B2
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- fuel
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、燃料電池（以下FCと記す）発電システムの
燃料系の再循環装置に関する。
燃料系の再循環装置に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 従来のFC発電システム燃料系は、FCに水素リッチな燃
料ガスを供給するためのシステムであり、第３図に示す
ように、炭化水素を主成分とする原燃料ガスと水蒸気の
混合ガスを、水素を主成分とするガスに変える改質器１
と、改質器で生成する一酸化炭素に水蒸気を作用させ、
水素と二酸化炭素に変えるシフトコンバータ２、および
燃料ガス流量の調節弁３、により、燃料電池４に所定の
燃料ガスを供給する。また、改質器１での上記の改質反
応が吸熱反応なので、FC4から排出される燃料ガス中の
残留水素を、改質器バーナ５で燃焼させ、上記反応の熱
源としている。
料ガスを供給するためのシステムであり、第３図に示す
ように、炭化水素を主成分とする原燃料ガスと水蒸気の
混合ガスを、水素を主成分とするガスに変える改質器１
と、改質器で生成する一酸化炭素に水蒸気を作用させ、
水素と二酸化炭素に変えるシフトコンバータ２、および
燃料ガス流量の調節弁３、により、燃料電池４に所定の
燃料ガスを供給する。また、改質器１での上記の改質反
応が吸熱反応なので、FC4から排出される燃料ガス中の
残留水素を、改質器バーナ５で燃焼させ、上記反応の熱
源としている。
また、FCの構造は第４図に示すように、多数の単位FC
を積層したFCスタック６と、燃料ガスや空気をFCスタッ
クに供給、排気するためのマニホールド７、および、FC
スタックやマニホールド全体を格納する圧力容器８等か
ら構成されている。
を積層したFCスタック６と、燃料ガスや空気をFCスタッ
クに供給、排気するためのマニホールド７、および、FC
スタックやマニホールド全体を格納する圧力容器８等か
ら構成されている。
この様に、FCスタックは、単位セルを多数直列に積層
したものなので、ごく一部であっても十分な出力の得ら
れない単位セルが存在すると、FCスタック全体の出力
を、この不良セルに合わせざるを得ない。したがって燃
料ガスが片寄って各単位セルに分配された場合、最も少
ない燃料の流れる単位セルの能力に、スタックの出力電
流は制限されてしまい、上記以外の単位セルでは燃料ガ
スは過剰となり、発電に使用されることなく排出されて
しまう。よって、燃料ガスは各単位セルに均等に分配さ
れなければならない。
したものなので、ごく一部であっても十分な出力の得ら
れない単位セルが存在すると、FCスタック全体の出力
を、この不良セルに合わせざるを得ない。したがって燃
料ガスが片寄って各単位セルに分配された場合、最も少
ない燃料の流れる単位セルの能力に、スタックの出力電
流は制限されてしまい、上記以外の単位セルでは燃料ガ
スは過剰となり、発電に使用されることなく排出されて
しまう。よって、燃料ガスは各単位セルに均等に分配さ
れなければならない。
しかし、FCは、第４図に示すように、マニホールドに
通した配管により燃料ガスを供給する構造なので、燃料
ガス流量が小さい場合に、各単位セル流路での圧力損失
が小さくなるので、マニホールドに流入して来た燃料ガ
スはほとんどそのままの方向に進み、流入燃料配管付近
の単位セルに多くの燃料ガスが流れ、端は少ないという
片寄りを生じていた。特に、燃料ガスは、二酸化炭素と
水素から成っていて、発電に用いると水素のみ減るの
で、FCの使用後燃料ガスの比重は、供給燃料ガスより、
著しく大きい。この結果、燃料ガス流量が少ないとき、
FCの使用後燃料ガスが、FCスタック下部に滞留し、下部
の単位セルに新しい燃料ガスが供給されるのを妨害する
傾向がある。
通した配管により燃料ガスを供給する構造なので、燃料
ガス流量が小さい場合に、各単位セル流路での圧力損失
が小さくなるので、マニホールドに流入して来た燃料ガ
スはほとんどそのままの方向に進み、流入燃料配管付近
の単位セルに多くの燃料ガスが流れ、端は少ないという
片寄りを生じていた。特に、燃料ガスは、二酸化炭素と
水素から成っていて、発電に用いると水素のみ減るの
で、FCの使用後燃料ガスの比重は、供給燃料ガスより、
著しく大きい。この結果、燃料ガス流量が少ないとき、
FCの使用後燃料ガスが、FCスタック下部に滞留し、下部
の単位セルに新しい燃料ガスが供給されるのを妨害する
傾向がある。
以上の原因により、従来のFC発電プラントでは、低流
量時の燃料ガスの不均一性のため、燃料の利用率を高く
することができず、大部分の燃料ガスを捨てていた。こ
のため、FCの発電コストは、高いものとなっていた。
量時の燃料ガスの不均一性のため、燃料の利用率を高く
することができず、大部分の燃料ガスを捨てていた。こ
のため、FCの発電コストは、高いものとなっていた。
［発明の目的］ 本発明は、上記不都合を除去し、FCスタックを構成す
る単位セルに均等に燃料ガスを供給することのできる燃
料系の再循環装置を提供することを目的とする。
る単位セルに均等に燃料ガスを供給することのできる燃
料系の再循環装置を提供することを目的とする。
［発明の概要］ 低負荷時での燃料ガス流の不均一性を除くため、本発
明は、燃料電池と、前記燃料電池からの排燃料ガスを前
記燃料電池に再供給する燃料ガス再循環系と、前記燃料
電池に供給される燃料ガスの圧力と、前記燃料電池から
排出される排燃料ガスの圧力との差圧を測定する差圧検
出手段と、前記差圧検出手段による測定値と差圧目標値
とをもとに、前記燃料ガス再循環系の流量目標値を演算
する演算手段と、前記燃料ガス再循環系を流れる排燃料
ガスの流量を測定する流量測定手段と、前記演算手段か
らの流量目標値と前記流量測定手段からの流量測定値と
をもとに、前記燃料ガス再循環系の流量調節弁の開度信
号を算出する流量調節手段と、を有することを特徴とす
るものである。この結果、低負荷時、FCの必要な水素が
少量で、外部からの燃料供給量がそれに合わせて少ない
場合にも、FCスタック内には、十分な流量が確保されて
いる。
明は、燃料電池と、前記燃料電池からの排燃料ガスを前
記燃料電池に再供給する燃料ガス再循環系と、前記燃料
電池に供給される燃料ガスの圧力と、前記燃料電池から
排出される排燃料ガスの圧力との差圧を測定する差圧検
出手段と、前記差圧検出手段による測定値と差圧目標値
とをもとに、前記燃料ガス再循環系の流量目標値を演算
する演算手段と、前記燃料ガス再循環系を流れる排燃料
ガスの流量を測定する流量測定手段と、前記演算手段か
らの流量目標値と前記流量測定手段からの流量測定値と
をもとに、前記燃料ガス再循環系の流量調節弁の開度信
号を算出する流量調節手段と、を有することを特徴とす
るものである。この結果、低負荷時、FCの必要な水素が
少量で、外部からの燃料供給量がそれに合わせて少ない
場合にも、FCスタック内には、十分な流量が確保されて
いる。
［発明の効果］ 上記の燃料系の再循環装置により、各単位セルにはほ
ぼ均等な燃料流を確保できるので、全ての単位セルの燃
料利用率がほぼ同じになり、したがって低負荷時、即ち
燃料ガスの低流量時においても、高い燃料利用率が可能
となる。この結果、FC発電システムの経済性が著しく向
上する。
ぼ均等な燃料流を確保できるので、全ての単位セルの燃
料利用率がほぼ同じになり、したがって低負荷時、即ち
燃料ガスの低流量時においても、高い燃料利用率が可能
となる。この結果、FC発電システムの経済性が著しく向
上する。
また、燃料ガスの再循環量の増加に伴い、FCスタック
内の水素分圧が低下するので、この現象を利用して電圧
制御を行うこともできる。しかも、低負荷時ほど、FCス
タック内の流量確保のため再循環量を大きく取る必要が
あるが、これは同時に、低負荷時の電圧を硬化させる。
低負荷時には、触媒保護のため、電池電圧を下げる必要
があるので、燃料ガスの再循環量による調節は極めて有
効である。
内の水素分圧が低下するので、この現象を利用して電圧
制御を行うこともできる。しかも、低負荷時ほど、FCス
タック内の流量確保のため再循環量を大きく取る必要が
あるが、これは同時に、低負荷時の電圧を硬化させる。
低負荷時には、触媒保護のため、電池電圧を下げる必要
があるので、燃料ガスの再循環量による調節は極めて有
効である。
［発明の実施例］ 以下、本発明によって構成されるFC発電プラント燃料
系の再循環装置の一実施例を第１図に従い詳細に説明す
る。この実施例では、FC4の排燃料ガスラインから供給
ラインへ至る燃料ガスの再循環ライン９を設け、このラ
インに排燃料ガスを流すブロワ10と、その流量を調節す
る弁11を用いて、FC4内での燃料ガスの圧損を差圧計12
で測定し、この圧損が目標値になるように、調節計13で
再循環量を流量計14で検知しつつ、制御する。
系の再循環装置の一実施例を第１図に従い詳細に説明す
る。この実施例では、FC4の排燃料ガスラインから供給
ラインへ至る燃料ガスの再循環ライン９を設け、このラ
インに排燃料ガスを流すブロワ10と、その流量を調節す
る弁11を用いて、FC4内での燃料ガスの圧損を差圧計12
で測定し、この圧損が目標値になるように、調節計13で
再循環量を流量計14で検知しつつ、制御する。
また、調節計13のアルゴリズムは、第２図に示すよう
に、差圧目標値とその測定値の差からPI演算により燃料
ガスの再循環流量目標値を求め、この目標値と、再循環
流量の測定値との差から再循環流量弁の開度を、PI演算
により求め、燃料ガス再循環系の流量を調節する流量調
節手段である弁11に出力する。
に、差圧目標値とその測定値の差からPI演算により燃料
ガスの再循環流量目標値を求め、この目標値と、再循環
流量の測定値との差から再循環流量弁の開度を、PI演算
により求め、燃料ガス再循環系の流量を調節する流量調
節手段である弁11に出力する。
この実施例によって、FCスタック内で常に所定以上の
圧損を発生させることができ、スタック内の各単位セル
の燃料流を均一にすることができる。
圧損を発生させることができ、スタック内の各単位セル
の燃料流を均一にすることができる。
第１図は、本発明にかかる燃料ガス再循環システムの一
実施例を示す構成図、第２図は、調節計の演算アルゴリ
ズムのブロック図、第３図は、従来のFC発電プラント燃
料系の構成図、第４図は、FCスタックの構造図である。 １……改質器、２……シフトコンバータ ３……弁、４……燃料電池 ５……改質器バーナ、６……燃料電池スタック ７……マニホールド、８……圧力容器 ９……燃料ガス再循環ライン 10……ブロワー、11……弁 12……差圧計、13……調節計 14……流量計、15……燃料ガス流量計 16……演算装置
実施例を示す構成図、第２図は、調節計の演算アルゴリ
ズムのブロック図、第３図は、従来のFC発電プラント燃
料系の構成図、第４図は、FCスタックの構造図である。 １……改質器、２……シフトコンバータ ３……弁、４……燃料電池 ５……改質器バーナ、６……燃料電池スタック ７……マニホールド、８……圧力容器 ９……燃料ガス再循環ライン 10……ブロワー、11……弁 12……差圧計、13……調節計 14……流量計、15……燃料ガス流量計 16……演算装置
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池と、 前記燃料電池からの排燃料ガスを前記燃料電池に再供給
する燃料ガス再循環系と、 前記燃料電池に供給される燃料ガスの圧力と、前記燃料
電池から排出される排燃料ガスの圧力との差圧を測定す
る差圧検出手段と、 前記差圧検出手段による測定値と差圧目標値とをもと
に、前記燃料ガス再循環系の流量目標値を演算する演算
手段と、 前記燃料ガス再循環系を流れる排燃料ガスの流量を測定
する流量測定手段と、 前記演算手段からの流量目標値と前記流量測定手段から
の流量測定値とをもとに、前記燃料ガス再循環系の流量
調節弁の開度信号を算出する流量調節手段と、 を有することを特徴とする燃料電池発電システム燃料系
の再循環装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60138919A JPH0831324B2 (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 燃料電池発電システム燃料系の再循環装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60138919A JPH0831324B2 (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 燃料電池発電システム燃料系の再循環装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS622461A JPS622461A (ja) | 1987-01-08 |
| JPH0831324B2 true JPH0831324B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=15233203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60138919A Expired - Fee Related JPH0831324B2 (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 燃料電池発電システム燃料系の再循環装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831324B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101240981B1 (ko) * | 2010-11-19 | 2013-03-11 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템의 수소 재순환량 산출 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4672120B2 (ja) * | 2000-08-24 | 2011-04-20 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池装置及び燃料電池装置の運転方法。 |
| CN1291516C (zh) * | 2001-08-16 | 2006-12-20 | 亚太燃料电池科技股份有限公司 | 用于燃料电池的阳极气体循环系统 |
| DE112006004018A5 (de) * | 2006-09-20 | 2009-08-06 | Daimler Ag | Rezirkulationsanordnung für eine anodenseitige Gasversorgung in einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellenvorrichtung für den mobilen Einsatz |
| JP7415971B2 (ja) * | 2021-02-08 | 2024-01-17 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58133784A (ja) * | 1982-02-01 | 1983-08-09 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラント制御システム |
| JPS607068A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-14 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置 |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP60138919A patent/JPH0831324B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101240981B1 (ko) * | 2010-11-19 | 2013-03-11 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 시스템의 수소 재순환량 산출 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS622461A (ja) | 1987-01-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |