JPH1012256A - 燃料電池設備 - Google Patents
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- JPH1012256A JPH1012256A JP8164285A JP16428596A JPH1012256A JP H1012256 A JPH1012256 A JP H1012256A JP 8164285 A JP8164285 A JP 8164285A JP 16428596 A JP16428596 A JP 16428596A JP H1012256 A JPH1012256 A JP H1012256A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時
にも、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加する
ことなく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制
御することなく、燃料電池のアノードガス及びカソード
ガスの入口温度を適正範囲に制御することができる燃料
電池設備を提供する。 【解決手段】 燃料電池１１の上流側にアノードガス２
とカソードガス３とを熱交換させる熱交換器２２を備
え、カソード循環ガス量により、燃料電池入口のカソー
ドガス温度を調節し、カソードガスとアノードガスとの
熱交換により、燃料電池入口のアノードガス温度を調節
する。熱交換器２２は、隔壁式平行流熱交換器であり、
燃料電池の上流側直近に配置され、同一の格納容器内に
格納されている。
にも、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加する
ことなく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制
御することなく、燃料電池のアノードガス及びカソード
ガスの入口温度を適正範囲に制御することができる燃料
電池設備を提供する。 【解決手段】 燃料電池１１の上流側にアノードガス２
とカソードガス３とを熱交換させる熱交換器２２を備
え、カソード循環ガス量により、燃料電池入口のカソー
ドガス温度を調節し、カソードガスとアノードガスとの
熱交換により、燃料電池入口のアノードガス温度を調節
する。熱交換器２２は、隔壁式平行流熱交換器であり、
燃料電池の上流側直近に配置され、同一の格納容器内に
格納されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
に係わり、更に詳しくは、燃料電池の入口温度を調節で
きる燃料電池設備に関する。
に係わり、更に詳しくは、燃料電池の入口温度を調節で
きる燃料電池設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】天然ガス等を燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備（以下、単に燃料電池設備とい
う）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１１とを備えており、改質器１０で作られた
アノードガス２は燃料電池１１のアノード側Ａ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として下流設備（例えば改質器
の燃焼室等）に供給される。一方、改質器１０では、燃
料ガスの燃焼により改質管１０ａを加熱して改質管を通
る燃料ガス１を改質し、改質管１０ａによる吸熱で温度
が下がった燃焼排ガス５は外部から供給される空気６と
混合されてカソードガス３となり、燃料電池１１のカソ
ード側Ｃに供給される。更に、燃料電池１１内でその一
部が反応したカソードガス（カソード排ガス７）は高温
ブロア１２によりその一部が燃料電池１１の上流側に循
環され、残りが下流設備（例えばタービン圧縮機等）に
供給される。なお、この図において１２ａはガスヒータ
である。
料電池を用いた発電設備（以下、単に燃料電池設備とい
う）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１１とを備えており、改質器１０で作られた
アノードガス２は燃料電池１１のアノード側Ａ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として下流設備（例えば改質器
の燃焼室等）に供給される。一方、改質器１０では、燃
料ガスの燃焼により改質管１０ａを加熱して改質管を通
る燃料ガス１を改質し、改質管１０ａによる吸熱で温度
が下がった燃焼排ガス５は外部から供給される空気６と
混合されてカソードガス３となり、燃料電池１１のカソ
ード側Ｃに供給される。更に、燃料電池１１内でその一
部が反応したカソードガス（カソード排ガス７）は高温
ブロア１２によりその一部が燃料電池１１の上流側に循
環され、残りが下流設備（例えばタービン圧縮機等）に
供給される。なお、この図において１２ａはガスヒータ
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の燃料電池設備では、燃料電池１１のアノード側Ａには
改質器１０で生成された改質ガスがそのままアノードガ
ス２として導入され、燃料電池１１のカソード側Ｃに
は、改質器１０の燃焼排ガス５に電池反応の酸化剤とし
ての空気６を混合したものが、高温ブロア１２で循環さ
れる高温のカソード排ガスと混合して温度調節を行い、
カソード側Ｃに送られている。
の燃料電池設備では、燃料電池１１のアノード側Ａには
改質器１０で生成された改質ガスがそのままアノードガ
ス２として導入され、燃料電池１１のカソード側Ｃに
は、改質器１０の燃焼排ガス５に電池反応の酸化剤とし
ての空気６を混合したものが、高温ブロア１２で循環さ
れる高温のカソード排ガスと混合して温度調節を行い、
カソード側Ｃに送られている。
【０００４】しかし、上述した従来の燃料電池設備で
は、カソード側の入口温度ｔc は、高温ブロア１２によ
るカソードガスの循環量により容易に調節できるが、ア
ノード側の入口温度ｔa の調節が困難である問題点があ
った。以下、これを詳述する。
は、カソード側の入口温度ｔc は、高温ブロア１２によ
るカソードガスの循環量により容易に調節できるが、ア
ノード側の入口温度ｔa の調節が困難である問題点があ
った。以下、これを詳述する。
【０００５】図４は、従来の燃料電池設備における各部
の温度分布例であり、（Ａ）は高負荷時（約１００％負
荷）、（Ｂ）は低負荷時（約３０％負荷）、（Ｃ）は出
力回路の切断状態(Open Circuit Voltage:OCV)を示して
いる。図４（Ａ）に示すように、１００％負荷に近い高
負荷時には、アノードガス２の改質器出口温度は、約６
３０℃であり、これが放熱により約６１０℃になって燃
料電池１１に流入する。一方、カソード側の改質器出口
温度は、約５２４℃であり、空気６と混合し、高温（約
６３０℃）のカソード排ガスと混合して約５８０℃で燃
料電池１１に流入する。従って、高負荷時（Ａ）には、
カソード側の入口温度を、カソードガス循環量で調節す
るだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８
０〜６００℃）に調節することができる。
の温度分布例であり、（Ａ）は高負荷時（約１００％負
荷）、（Ｂ）は低負荷時（約３０％負荷）、（Ｃ）は出
力回路の切断状態(Open Circuit Voltage:OCV)を示して
いる。図４（Ａ）に示すように、１００％負荷に近い高
負荷時には、アノードガス２の改質器出口温度は、約６
３０℃であり、これが放熱により約６１０℃になって燃
料電池１１に流入する。一方、カソード側の改質器出口
温度は、約５２４℃であり、空気６と混合し、高温（約
６３０℃）のカソード排ガスと混合して約５８０℃で燃
料電池１１に流入する。従って、高負荷時（Ａ）には、
カソード側の入口温度を、カソードガス循環量で調節す
るだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８
０〜６００℃）に調節することができる。
【０００６】一方、低負荷時（Ｂ）には、アノードガス
３の改質器出口温度が低下し（例えば約５８４℃）、そ
のまま燃料電池１１に供給すると、アノード入口温度は
更に低下してしまう。しかし、アノード入口温度が例え
ば約５５０℃以下になるとアノード側で炭素析出を起こ
し、発電に重大な支障を来すおそれがある。そのため、
従来の燃料電池設備では、図４（Ｂ）に示すように、改
質器１０と燃料電池１１の間のアノードガスラインに電
気ヒータ１３と配管ヒータ１４を設置し、これによりア
ノードガス２の電池入口温度が適正範囲（例えば約５８
０〜６００℃）になるように温度調節を行っている。し
かし、このため、電気ヒータ１３と配管ヒータ１４が必
要になるばかりか、カソード側のみならずアノード側も
別個に温度制御する必要がある問題点があった。
３の改質器出口温度が低下し（例えば約５８４℃）、そ
のまま燃料電池１１に供給すると、アノード入口温度は
更に低下してしまう。しかし、アノード入口温度が例え
ば約５５０℃以下になるとアノード側で炭素析出を起こ
し、発電に重大な支障を来すおそれがある。そのため、
従来の燃料電池設備では、図４（Ｂ）に示すように、改
質器１０と燃料電池１１の間のアノードガスラインに電
気ヒータ１３と配管ヒータ１４を設置し、これによりア
ノードガス２の電池入口温度が適正範囲（例えば約５８
０〜６００℃）になるように温度調節を行っている。し
かし、このため、電気ヒータ１３と配管ヒータ１４が必
要になるばかりか、カソード側のみならずアノード側も
別個に温度制御する必要がある問題点があった。
【０００７】更に、図４（Ｃ）に示すように、ＯＣＶ時
には、カソード側で必要な二酸化炭素量を確保するため
に、改質器燃焼側での空燃比を増加しなければならない
（例えば低負荷の約１．７倍）。このため、改質ガス量
に対して、燃焼排ガス量が過剰になり、アノードガスの
改質器出口温度が高くなってしまい（例えは約６４１
℃）、カソード側との温度差が大きくなり、電池に悪影
響を及ぼすおそれがある。
には、カソード側で必要な二酸化炭素量を確保するため
に、改質器燃焼側での空燃比を増加しなければならない
（例えば低負荷の約１．７倍）。このため、改質ガス量
に対して、燃焼排ガス量が過剰になり、アノードガスの
改質器出口温度が高くなってしまい（例えは約６４１
℃）、カソード側との温度差が大きくなり、電池に悪影
響を及ぼすおそれがある。
【０００８】本発明は上述した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、高
負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、燃料電
池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範
囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御できる燃料電池
設備を提供することにある。また、本発明の別の目的
は、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加するこ
となく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御
することなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガ
スの入口温度を適正範囲に制御できる燃料電池設備を提
供することにある。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高
負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、燃料電
池のアノードガス及びカソードガスの入口温度を適正範
囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御できる燃料電池
設備を提供することにある。また、本発明の別の目的
は、電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加するこ
となく、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御
することなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガ
スの入口温度を適正範囲に制御できる燃料電池設備を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願発明の発明者は、ア
ノードガスに比べてカソードガスの流量が非常に多い
（例えば約７０倍）ため、アノードガスとカソードガス
を熱交換させることによりアノードガスを常にカソード
ガスの温度に近ずけられることに着眼した。本発明はか
かる新規の知見に基づくものである。
ノードガスに比べてカソードガスの流量が非常に多い
（例えば約７０倍）ため、アノードガスとカソードガス
を熱交換させることによりアノードガスを常にカソード
ガスの温度に近ずけられることに着眼した。本発明はか
かる新規の知見に基づくものである。
【００１０】すなわち、本発明によれば、燃料ガスを水
素を含むアノードガスに改質する改質器と、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
と、燃料電池を通過したカソードガスを燃料電池の上流
側に循環させるカソード循環ラインとを備えた燃料電池
設備において、更に、燃料電池の上流側にアノードガス
とカソードガスとを熱交換させる熱交換器を備え、カソ
ード循環ガス量により、燃料電池入口のカソードガス温
度を調節し、カソードガスとアノードガスとの熱交換に
より、燃料電池入口のアノードガス温度を調節する、こ
とを特徴とする燃料電池設備が提供される。
素を含むアノードガスに改質する改質器と、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
と、燃料電池を通過したカソードガスを燃料電池の上流
側に循環させるカソード循環ラインとを備えた燃料電池
設備において、更に、燃料電池の上流側にアノードガス
とカソードガスとを熱交換させる熱交換器を備え、カソ
ード循環ガス量により、燃料電池入口のカソードガス温
度を調節し、カソードガスとアノードガスとの熱交換に
より、燃料電池入口のアノードガス温度を調節する、こ
とを特徴とする燃料電池設備が提供される。
【００１１】上記本発明の構成によれば、カソード循環
ガス量により、燃料電池入口のカソードガス温度を適正
範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節するだけで、
電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することな
く、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御する
ことなく、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時
にも、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口
温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御す
ることができる。
ガス量により、燃料電池入口のカソードガス温度を適正
範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節するだけで、
電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することな
く、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御する
ことなく、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時
にも、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口
温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御す
ることができる。
【００１２】すなわち、１００％負荷に近い高負荷時に
は、図４（Ａ）に示したように、カソード側の入口温度
を、カソードガス循環量で調節するだけで、両ガスの入
口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節
することができる。この場合、アノード入口温度は、カ
ソードガスにより冷却されて適正温度になるが、カソー
ドガスよりはわずかに高めになる。
は、図４（Ａ）に示したように、カソード側の入口温度
を、カソードガス循環量で調節するだけで、両ガスの入
口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に調節
することができる。この場合、アノード入口温度は、カ
ソードガスにより冷却されて適正温度になるが、カソー
ドガスよりはわずかに高めになる。
【００１３】次に、低負荷時には、図４（Ｂ）に示した
ように、改質器出口温度が約５８０℃程度まで下がり、
従来のように、電気ヒータや配管ヒータがないので、熱
交換器入口温度は更に低くなる。しかし、カソードガス
入口温度が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）され
ており、しかもカソードガス量はアノードガス量の約７
０倍の流量を有しているので、熱交換器内の熱交換によ
り、アノードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい
温度まで加熱される。従って、カソード側の入口温度
を、適正範囲内で高め（例えば約５９０〜６００℃）に
調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば
約５８０〜６００℃）に調節することができる。
ように、改質器出口温度が約５８０℃程度まで下がり、
従来のように、電気ヒータや配管ヒータがないので、熱
交換器入口温度は更に低くなる。しかし、カソードガス
入口温度が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）され
ており、しかもカソードガス量はアノードガス量の約７
０倍の流量を有しているので、熱交換器内の熱交換によ
り、アノードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい
温度まで加熱される。従って、カソード側の入口温度
を、適正範囲内で高め（例えば約５９０〜６００℃）に
調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば
約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００１４】更に、ＯＣＶ時には、図４（Ｃ）に示した
ように、改質器出口温度が約６４０℃程度まで上がり、
熱交換器入口温度も６００℃以上になるが、低負荷時と
は逆に、大量のカソードガスとの熱交換により、アノー
ドガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで冷
却される。従って、この場合にも、カソード側の入口温
度を、適正範囲内で低め（例えば約５８０〜５９０℃）
に調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例え
ば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
ように、改質器出口温度が約６４０℃程度まで上がり、
熱交換器入口温度も６００℃以上になるが、低負荷時と
は逆に、大量のカソードガスとの熱交換により、アノー
ドガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで冷
却される。従って、この場合にも、カソード側の入口温
度を、適正範囲内で低め（例えば約５８０〜５９０℃）
に調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例え
ば約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００１５】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
熱交換器は、隔壁式平行流熱交換器であり、燃料電池の
上流側直近に配置され、同一の格納容器内に格納され
る。この構成により、格納容器内で同圧に差圧制御され
ている容器圧力、アノードガス圧力、カソードガス圧力
と同一の圧力に、熱交換器内の圧力を何らの制御装置を
も追加することなく制御でき、熱交換器内のアノードガ
スとカソードガスの差圧が抑えられ、ガス漏れ等に対す
る安全性を高めることができる。
熱交換器は、隔壁式平行流熱交換器であり、燃料電池の
上流側直近に配置され、同一の格納容器内に格納され
る。この構成により、格納容器内で同圧に差圧制御され
ている容器圧力、アノードガス圧力、カソードガス圧力
と同一の圧力に、熱交換器内の圧力を何らの制御装置を
も追加することなく制御でき、熱交換器内のアノードガ
スとカソードガスの差圧が抑えられ、ガス漏れ等に対す
る安全性を高めることができる。
【００１６】更に、前記熱交換器は、燃料電池と一体に
形成されたガスヘッダである、ことが好ましい。この構
成により、熱交換器を燃料電池に組み込むことができ、
装置のコンパクト化とコストダウンを図ることができ
る。
形成されたガスヘッダである、ことが好ましい。この構
成により、熱交換器を燃料電池に組み込むことができ、
装置のコンパクト化とコストダウンを図ることができ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
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設備の構成図である。この図におい
て、本発明の燃料電池設備２０は、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１１と、燃料電池１１を通過したカソードガスを燃
料電池１１の上流側に循環させるカソード循環ライン１
５とを備えている。また、カソード循環ライン１５に
は、高温ブロア１２とガスヒータ１２ａが設置されてい
る。かかる構成は、図３に示した従来の燃料電池設備と
同様である。
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設備の構成図である。この図におい
て、本発明の燃料電池設備２０は、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１１と、燃料電池１１を通過したカソードガスを燃
料電池１１の上流側に循環させるカソード循環ライン１
５とを備えている。また、カソード循環ライン１５に
は、高温ブロア１２とガスヒータ１２ａが設置されてい
る。かかる構成は、図３に示した従来の燃料電池設備と
同様である。
【００１８】本発明の燃料電池設備２０は、更に、燃料
電池１１の上流側にアノードガス２とカソードガス３と
を熱交換させる熱交換器２２を備える。この熱交換器２
２は、隔壁式平行流熱交換器（例えばプレートフィン熱
交換器）であり、燃料電池１１の上流側直近に配置さ
れ、かつ同一の格納容器１１ａ内に格納されている。こ
の構成により、格納容器１１ａ内で同圧に差圧制御され
ている容器圧力、アノードガス圧力、カソードガス圧力
と同一の圧力に、熱交換器２２内の圧力を何らの制御装
置をも追加することなく制御でき、熱交換器２２内のア
ノードガス２とカソードガス３の差圧が抑えられ、ガス
漏れ等に対する安全性を高めることができる。
電池１１の上流側にアノードガス２とカソードガス３と
を熱交換させる熱交換器２２を備える。この熱交換器２
２は、隔壁式平行流熱交換器（例えばプレートフィン熱
交換器）であり、燃料電池１１の上流側直近に配置さ
れ、かつ同一の格納容器１１ａ内に格納されている。こ
の構成により、格納容器１１ａ内で同圧に差圧制御され
ている容器圧力、アノードガス圧力、カソードガス圧力
と同一の圧力に、熱交換器２２内の圧力を何らの制御装
置をも追加することなく制御でき、熱交換器２２内のア
ノードガス２とカソードガス３の差圧が抑えられ、ガス
漏れ等に対する安全性を高めることができる。
【００１９】なお、熱交換器２２を、燃料電池１１と一
体に形成されたガスヘッダとし、ガスヘッダと熱交換器
の機能を併用するようにしてもよい。この構成により、
熱交換器を燃料電池に組み込むことができ、装置のコン
パクト化とコストダウンを図ることができる。
体に形成されたガスヘッダとし、ガスヘッダと熱交換器
の機能を併用するようにしてもよい。この構成により、
熱交換器を燃料電池に組み込むことができ、装置のコン
パクト化とコストダウンを図ることができる。
【００２０】上述した本発明の燃料電池設備２０は、次
のように運転する。まず、高温ブロア１２の回転数制御
により、カソード循環ライン１５を通るカソード循環ガ
ス量を変化させ、これにより、燃料電池１１の入口のカ
ソードガス温度ｔc を調節する。この制御方法は、従来
の燃料電池設備と同様であるが、温度制御範囲は後述す
るようにわずかに厳しく行う必要がある。なお、本発明
の燃料電池設備では、アノードガス温度は直接制御せ
ず、後述するように、カソードガスとアノードガスとの
熱交換により、燃料電池入口のアノードガス温度を間接
的に調節する。
のように運転する。まず、高温ブロア１２の回転数制御
により、カソード循環ライン１５を通るカソード循環ガ
ス量を変化させ、これにより、燃料電池１１の入口のカ
ソードガス温度ｔc を調節する。この制御方法は、従来
の燃料電池設備と同様であるが、温度制御範囲は後述す
るようにわずかに厳しく行う必要がある。なお、本発明
の燃料電池設備では、アノードガス温度は直接制御せ
ず、後述するように、カソードガスとアノードガスとの
熱交換により、燃料電池入口のアノードガス温度を間接
的に調節する。
【００２１】従って、本発明の燃料電池設備では、高負
荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、電気ヒー
タや配管ヒータ等の加熱装置を附加することなく、かつ
アノード側とカソード側で別々に温度制御することな
く、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温
度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御する
ことができる。
荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、電気ヒー
タや配管ヒータ等の加熱装置を附加することなく、かつ
アノード側とカソード側で別々に温度制御することな
く、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの入口温
度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制御する
ことができる。
【００２２】図２は、本発明による燃料電池設備におけ
る各部の温度を示す図４と同様の図である。この図にお
いて、（Ａ）は高負荷時（約１００％負荷）、（Ｂ）は
低負荷時（約３０％負荷）、（Ｃ）は出力回路の切断状
態(OCV) を示している。
る各部の温度を示す図４と同様の図である。この図にお
いて、（Ａ）は高負荷時（約１００％負荷）、（Ｂ）は
低負荷時（約３０％負荷）、（Ｃ）は出力回路の切断状
態(OCV) を示している。
【００２３】１００％負荷に近い高負荷時には、図４
（Ａ）に示すように、カソード側の入口温度を、カソー
ドガス循環量で調節するだけで、両ガスの入口温度を適
正範囲（例えば約５８０〜６１０℃）に調節することが
できる。この場合、アノード入口温度は、カソードガス
により冷却されて適正温度になるが、カソードガスより
はわずかに高めになる。
（Ａ）に示すように、カソード側の入口温度を、カソー
ドガス循環量で調節するだけで、両ガスの入口温度を適
正範囲（例えば約５８０〜６１０℃）に調節することが
できる。この場合、アノード入口温度は、カソードガス
により冷却されて適正温度になるが、カソードガスより
はわずかに高めになる。
【００２４】次に、低負荷時には、図４（Ｂ）に示すよ
うに、改質器出口温度が約５８０℃程度まで下がり、従
来のように、電気ヒータや配管ヒータがないので、熱交
換器入口温度は更に低くなるが、カソードガス入口温度
が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）されており、
しかもカソードガス量はアノードガス量の約７０倍の流
量を有しているので、熱交換器内の熱交換により、アノ
ードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで
加熱される。従って、カソード側の入口温度を、適正範
囲内で高め（例えば約５９０〜６００℃）に調節するだ
けで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜
６００℃）に調節することができる。
うに、改質器出口温度が約５８０℃程度まで下がり、従
来のように、電気ヒータや配管ヒータがないので、熱交
換器入口温度は更に低くなるが、カソードガス入口温度
が適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）されており、
しかもカソードガス量はアノードガス量の約７０倍の流
量を有しているので、熱交換器内の熱交換により、アノ
ードガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで
加熱される。従って、カソード側の入口温度を、適正範
囲内で高め（例えば約５９０〜６００℃）に調節するだ
けで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜
６００℃）に調節することができる。
【００２５】更に、ＯＣＶ時には、図４（Ｃ）に示すよ
うに、改質器出口温度が約６４１℃程度まで上がり、熱
交換器入口温度も６００℃以上になるが、低負荷時とは
逆に、大量のカソードガスとの熱交換により、アノード
ガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで冷却
される。従って、この場合にも、カソード側の入口温度
を、適正範囲内で低め（例えば約５８０〜５９０℃）に
調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば
約５８０〜６００℃）に調節することができる。
うに、改質器出口温度が約６４１℃程度まで上がり、熱
交換器入口温度も６００℃以上になるが、低負荷時とは
逆に、大量のカソードガスとの熱交換により、アノード
ガス温度はカソードガス温度にほぼ等しい温度まで冷却
される。従って、この場合にも、カソード側の入口温度
を、適正範囲内で低め（例えば約５８０〜５９０℃）に
調節するだけで、両ガスの入口温度を適正範囲（例えば
約５８０〜６００℃）に調節することができる。
【００２６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池設備
は、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、
電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することな
く、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御する
ことなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの
入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制
御することができる、等の優れた効果を有する。
は、高負荷時のみならず、低負荷時及びＯＣＶ時にも、
電気ヒータや配管ヒータ等の加熱装置を附加することな
く、かつアノード側とカソード側で別々に温度制御する
ことなく、燃料電池のアノードガス及びカソードガスの
入口温度を適正範囲（例えば約５８０〜６００℃）に制
御することができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による燃料電池設備の構成図である。
【図２】本発明による燃料電池設備における各部の温度
を示す図である。
を示す図である。
【図３】従来の燃料電池設備の構成図である。
【図４】従来の燃料電池設備における各部の温度を示す
図である。
図である。
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 １０ 改質器 １０ａ 改質管 １１ 燃料電池 １１ａ 格納容器 １２ 高温ブロア １２ａ ガスヒータ １３ 電気ヒータ １４ 配管ヒータ １５ カソード循環ライン ２０ 燃料電池設備 ２２ 熱交換器
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料ガスを水素を含むアノードガスに改
質する改質器と、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と、燃料電池を通過したカソ
ードガスを燃料電池の上流側に循環させるカソード循環
ラインとを備えた燃料電池設備において、 更に、燃料電池の上流側にアノードガスとカソードガス
とを熱交換させる熱交換器を備え、カソード循環ガス量
により、燃料電池入口のカソードガス温度を調節し、カ
ソードガスとアノードガスとの熱交換により、燃料電池
入口のアノードガス温度を調節する、ことを特徴とする
燃料電池設備。 - 【請求項２】 前記熱交換器は、隔壁式平行流熱交換器
であり、燃料電池の上流側直近に配置され、同一の格納
容器内に格納される、ことを特徴とする請求項１に記載
の燃料電池設備。 - 【請求項３】 前記熱交換器は、燃料電池と一体に形成
されたガスヘッダである、ことを特徴とする請求項１に
記載の燃料電池設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16428596A JP3728742B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 燃料電池設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16428596A JP3728742B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 燃料電池設備 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012256A true JPH1012256A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3728742B2 JP3728742B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=15790205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16428596A Expired - Fee Related JP3728742B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 燃料電池設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3728742B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100197A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池を用いたコンバインド発電システム |
| JP2007250216A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
| EP2311127A4 (en) * | 2008-07-10 | 2013-10-23 | Convion Oy | METHOD AND ARRANGEMENT FOR ADVANCED PRE-HEATING OF A FUEL CELL SYSTEM |
-
1996
- 1996-06-25 JP JP16428596A patent/JP3728742B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100197A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池を用いたコンバインド発電システム |
| JP2007250216A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
| EP2311127A4 (en) * | 2008-07-10 | 2013-10-23 | Convion Oy | METHOD AND ARRANGEMENT FOR ADVANCED PRE-HEATING OF A FUEL CELL SYSTEM |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3728742B2 (ja) | 2005-12-21 |
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