JPH1167249A - 燃料電池の冷却方法 - Google Patents
燃料電池の冷却方法Info
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- JPH1167249A JPH1167249A JP9226706A JP22670697A JPH1167249A JP H1167249 A JPH1167249 A JP H1167249A JP 9226706 A JP9226706 A JP 9226706A JP 22670697 A JP22670697 A JP 22670697A JP H1167249 A JPH1167249 A JP H1167249A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- 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】 カソード出入口温度とその温度差を従来と同
等に保持したまま、カソード循環ガス量を低減すること
ができ、これにより、カソード循環ブロアに必要な補機
動力を低減してプラント効率を向上させ、併せて、反応
に必要な酸素及び炭酸ガスの濃度を高め、電池性能の向
上と長寿命化を達成できる燃料電池の冷却方法を提供す
る。 【解決手段】 カソード側流路が直列に連結された複数
のスタック２２ａ，ｂ，ｃで燃料電池２２が構成され、
上流側スタックのカソード出口ガスの一部を低温Ｔ０の
カソード循環ガス３３ｂ，ｃと混合し、この混合ガスを
カソードガスとして下流側スタック２２ｂ，ｃに供給
し、これによりスタック入口温度Ｔ１を保持したまま、
みかけの入口温度を例えば（Ｔ１＋Ｔ０）／２まで下
げ、カソード循環ガス量３Ｇを低減する。
等に保持したまま、カソード循環ガス量を低減すること
ができ、これにより、カソード循環ブロアに必要な補機
動力を低減してプラント効率を向上させ、併せて、反応
に必要な酸素及び炭酸ガスの濃度を高め、電池性能の向
上と長寿命化を達成できる燃料電池の冷却方法を提供す
る。 【解決手段】 カソード側流路が直列に連結された複数
のスタック２２ａ，ｂ，ｃで燃料電池２２が構成され、
上流側スタックのカソード出口ガスの一部を低温Ｔ０の
カソード循環ガス３３ｂ，ｃと混合し、この混合ガスを
カソードガスとして下流側スタック２２ｂ，ｃに供給
し、これによりスタック入口温度Ｔ１を保持したまま、
みかけの入口温度を例えば（Ｔ１＋Ｔ０）／２まで下
げ、カソード循環ガス量３Ｇを低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料
電池の冷却方法に関する。
電池の冷却方法に関する。
【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。溶融炭酸塩型燃料電池は、図３（Ａ）に模
式的に示すように、薄い平板上の電解質板１（タイル）
を燃料極２（アノード）と空気極３（カソード）の平板
上の電極で挟んだ単セル４と、導電性のバイポーラプレ
ート５（セパレータ）とからなる。タイル１は、溶融炭
酸塩を多孔質物質に浸み込ませたものであり、運転温度
で電解質として機能し、アノード／カソード間に単セル
当たり約０．８Ｖ前後の電圧を発生する。セパレータ５
は、単セル４では電圧が低いため、これを多段に積層し
た電池とするために用いられる。積層した電池をスタッ
クと呼ぶ。
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。溶融炭酸塩型燃料電池は、図３（Ａ）に模
式的に示すように、薄い平板上の電解質板１（タイル）
を燃料極２（アノード）と空気極３（カソード）の平板
上の電極で挟んだ単セル４と、導電性のバイポーラプレ
ート５（セパレータ）とからなる。タイル１は、溶融炭
酸塩を多孔質物質に浸み込ませたものであり、運転温度
で電解質として機能し、アノード／カソード間に単セル
当たり約０．８Ｖ前後の電圧を発生する。セパレータ５
は、単セル４では電圧が低いため、これを多段に積層し
た電池とするために用いられる。積層した電池をスタッ
クと呼ぶ。
【０００３】更に、スタック６内の各セルにプロセスガ
スを供給する手段として、図３（Ｂ）に示すように、ス
タックの側面から直接プロセスガスを供給する外部マニ
ホールド方式（ａ）と、セパレータ自体に垂直な貫通マ
ニホールド７を備え、このマニホールドを介して各セル
にプロセスガスを供給する内部マニホールド方式（ｂ）
とがあるが、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸
の影響を受けない点で、内部マニホールド方式が優れて
いる。
スを供給する手段として、図３（Ｂ）に示すように、ス
タックの側面から直接プロセスガスを供給する外部マニ
ホールド方式（ａ）と、セパレータ自体に垂直な貫通マ
ニホールド７を備え、このマニホールドを介して各セル
にプロセスガスを供給する内部マニホールド方式（ｂ）
とがあるが、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸
の影響を受けない点で、内部マニホールド方式が優れて
いる。
【０００４】上述した溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発
電設備では、図４に例示するように天然ガス等の燃料ガ
ス１１を水素を含むアノードガス１２に改質する改質器
２０と、アノードガス１２と酸素を含むカソードガス１
３とから発電する燃料電池２２とを備えており、改質器
で作られたアノードガス１２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１４として改質器２０の燃焼室に供給さ
れる。改質器２０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）が燃焼室で燃焼し、高温の
燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を通る燃料を改
質する。改質室を出た燃焼排ガス１５は圧力回収装置２
５から供給される加圧空気１６と合流してカソードガス
１３となり、燃料電池のカソード側に必要な二酸化炭素
を供給する。燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス１７）は、冷却器２３を介してブ
ロア２４により燃料電池の上流側に一部が循環され、残
りは圧力回収装置２５で圧力回収され、熱回収装置２８
で熱回収されて系外に排出される。なお、この図で１８
は水蒸気である。
電設備では、図４に例示するように天然ガス等の燃料ガ
ス１１を水素を含むアノードガス１２に改質する改質器
２０と、アノードガス１２と酸素を含むカソードガス１
３とから発電する燃料電池２２とを備えており、改質器
で作られたアノードガス１２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１４として改質器２０の燃焼室に供給さ
れる。改質器２０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）が燃焼室で燃焼し、高温の
燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を通る燃料を改
質する。改質室を出た燃焼排ガス１５は圧力回収装置２
５から供給される加圧空気１６と合流してカソードガス
１３となり、燃料電池のカソード側に必要な二酸化炭素
を供給する。燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス１７）は、冷却器２３を介してブ
ロア２４により燃料電池の上流側に一部が循環され、残
りは圧力回収装置２５で圧力回収され、熱回収装置２８
で熱回収されて系外に排出される。なお、この図で１８
は水蒸気である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように燃料電
池２２は、融点の高い溶融炭酸塩を電解液として用いて
おり、平均温度が５００℃以下になると電解液が部分的
に凝縮し、逆に７００℃以上になると電解液の蒸発や腐
食が激しくなる問題がある。そのため、従来、燃料電池
２２で発生する熱の除去は、ブロア２４（カソード循環
ブロア）により大量のカソードガス（カソード排ガス１
７）を燃料電池の上流側に循環させ、出口温度と入口温
度が所定の範囲（例えば、入口温度５８０〜６００℃、
出口温度６８０〜７００℃）になるように循環ガス量を
制御し、カソード出入口温度差を約１００℃として冷却
していた。
池２２は、融点の高い溶融炭酸塩を電解液として用いて
おり、平均温度が５００℃以下になると電解液が部分的
に凝縮し、逆に７００℃以上になると電解液の蒸発や腐
食が激しくなる問題がある。そのため、従来、燃料電池
２２で発生する熱の除去は、ブロア２４（カソード循環
ブロア）により大量のカソードガス（カソード排ガス１
７）を燃料電池の上流側に循環させ、出口温度と入口温
度が所定の範囲（例えば、入口温度５８０〜６００℃、
出口温度６８０〜７００℃）になるように循環ガス量を
制御し、カソード出入口温度差を約１００℃として冷却
していた。
【０００６】しかし、この冷却のために、溶融炭酸塩型
燃料電池内に大量のカソードガスを流すため、以下のよ
うな問題点があった。 カソード循環ブロアに必要な補機動力が送電端出力
の約５％程度にもなりプラント効率（及び発電効率）を
大幅に低下させてしまう。 大量のカソード排ガス（反応に使用したガス）をカ
ソード側に循環させるため、反応に必要な酸素、炭酸ガ
スが希釈されて濃度が低くなり電池性能を低下させてし
まう。
燃料電池内に大量のカソードガスを流すため、以下のよ
うな問題点があった。 カソード循環ブロアに必要な補機動力が送電端出力
の約５％程度にもなりプラント効率（及び発電効率）を
大幅に低下させてしまう。 大量のカソード排ガス（反応に使用したガス）をカ
ソード側に循環させるため、反応に必要な酸素、炭酸ガ
スが希釈されて濃度が低くなり電池性能を低下させてし
まう。
【０００７】 ガスの電池出口温度が高いため電池コ
ンポーネントにクリープ、腐食等悪影響を与え、電池寿
命を短くしている。 大量にガスを流すため圧損上配管、電池マニホール
ドが大きくしなければならない。
ンポーネントにクリープ、腐食等悪影響を与え、電池寿
命を短くしている。 大量にガスを流すため圧損上配管、電池マニホール
ドが大きくしなければならない。
【０００８】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、カソ
ード出入口温度とその温度差を従来と同等に保持したま
ま、カソード循環ガス量を低減することができ、これに
より、カソード循環ブロアに必要な補機動力を低減して
プラント効率を向上させ、併せて、反応に必要な酸素及
び炭酸ガスの濃度を高め、電池性能の向上と長寿命化を
達成できる燃料電池の冷却方法を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、カソ
ード出入口温度とその温度差を従来と同等に保持したま
ま、カソード循環ガス量を低減することができ、これに
より、カソード循環ブロアに必要な補機動力を低減して
プラント効率を向上させ、併せて、反応に必要な酸素及
び炭酸ガスの濃度を高め、電池性能の向上と長寿命化を
達成できる燃料電池の冷却方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カソー
ド側流路が直列に連結された複数のスタックで燃料電池
が構成され、上流側スタックのカソード出口ガスの一部
を低温のカソード循環ガスと混合し、該混合ガスをカソ
ードガスとして下流側スタックに供給し、これによりス
タック入口温度を保持したまま、みかけの入口温度を下
げ、カソード循環ガス量を低減する、ことを特徴とする
燃料電池の冷却方法が提供される。
ド側流路が直列に連結された複数のスタックで燃料電池
が構成され、上流側スタックのカソード出口ガスの一部
を低温のカソード循環ガスと混合し、該混合ガスをカソ
ードガスとして下流側スタックに供給し、これによりス
タック入口温度を保持したまま、みかけの入口温度を下
げ、カソード循環ガス量を低減する、ことを特徴とする
燃料電池の冷却方法が提供される。
【００１０】すなわち、本発明の方法によれば、燃料電
池を複数（例えば３基）のスタックで構成し、最上流の
第１スタックに所定の入口温度Ｔ１（例えば５８０℃）
及び所定の流量Ｇを供給する。これにより第１スタック
のカソード出口ガスは従来と同一の出口温度Ｔ２（例え
ば約６８０℃）で排出される。次にこの第１スタックの
カソード出口ガスの一部（例えば半分）を低温Ｔ０のカ
ソード循環ガスと混合して混合ガスの温度を所定の入口
温度Ｔ１（例えば５８０℃）まで下げ、第２スタックに
はこの混合ガスをカソードガスとして供給する。混合さ
れるガス量が１対１の場合、カソード循環ガスの温度Ｔ
０は、約４８０℃となる。
池を複数（例えば３基）のスタックで構成し、最上流の
第１スタックに所定の入口温度Ｔ１（例えば５８０℃）
及び所定の流量Ｇを供給する。これにより第１スタック
のカソード出口ガスは従来と同一の出口温度Ｔ２（例え
ば約６８０℃）で排出される。次にこの第１スタックの
カソード出口ガスの一部（例えば半分）を低温Ｔ０のカ
ソード循環ガスと混合して混合ガスの温度を所定の入口
温度Ｔ１（例えば５８０℃）まで下げ、第２スタックに
はこの混合ガスをカソードガスとして供給する。混合さ
れるガス量が１対１の場合、カソード循環ガスの温度Ｔ
０は、約４８０℃となる。
【００１１】同様に、第２スタックのカソード排ガスの
一部（例えば半分）を低温の同量のカソード循環ガスと
混合して混合ガスの温度を所定の入口温度Ｔ１（例えば
５８０℃）まで下げ、第３スタックにはこの混合ガスを
カソードガスとして供給する。この場合も、カソード循
環ガスの温度Ｔ０は、約４８０℃となる。
一部（例えば半分）を低温の同量のカソード循環ガスと
混合して混合ガスの温度を所定の入口温度Ｔ１（例えば
５８０℃）まで下げ、第３スタックにはこの混合ガスを
カソードガスとして供給する。この場合も、カソード循
環ガスの温度Ｔ０は、約４８０℃となる。
【００１２】上述した方法において、各スタックにおけ
るカソードガスの入口温度Ｔ１（約５８０℃）、出口温
度Ｔ２（約６８０℃）、及び流量Ｇは従来の燃料電池と
同一である。一方、実際に供給するガスは、第１スタッ
クには従来と同一の入口温度Ｔ１（約５８０℃）、流量
Ｇのカソードガスであるが、第２スタックと第３スタッ
クには温度Ｔ０（約４８０℃）、流量はそれぞれＧ／２
のカソード循環ガスである。従って、みかけの入口温度
に着目すると、約５８０℃と約４８０℃のガスの体積比
率から比熱をほぼ同一とすると平均の約５３０℃とな
り、従来よりも約５０℃入口温度が低くなっている。
るカソードガスの入口温度Ｔ１（約５８０℃）、出口温
度Ｔ２（約６８０℃）、及び流量Ｇは従来の燃料電池と
同一である。一方、実際に供給するガスは、第１スタッ
クには従来と同一の入口温度Ｔ１（約５８０℃）、流量
Ｇのカソードガスであるが、第２スタックと第３スタッ
クには温度Ｔ０（約４８０℃）、流量はそれぞれＧ／２
のカソード循環ガスである。従って、みかけの入口温度
に着目すると、約５８０℃と約４８０℃のガスの体積比
率から比熱をほぼ同一とすると平均の約５３０℃とな
り、従来よりも約５０℃入口温度が低くなっている。
【００１３】すなわち、カソード出入口温度Ｔ２，Ｔ１
（約６８０℃，約５８０℃）とその温度差ΔＴ（約１０
０℃）を従来と同等に保持したまま、みかけの温度差が
約１５０℃に増大するので、カソード循環ガス量を約２
／３に低減することができ、これにより、カソード循環
ブロアに必要な補機動力を低減してプラント効率を向上
させ、併せて、反応に必要な酸素及び炭酸ガスの濃度を
高め、電池性能の向上と長寿命化を達成できる。
（約６８０℃，約５８０℃）とその温度差ΔＴ（約１０
０℃）を従来と同等に保持したまま、みかけの温度差が
約１５０℃に増大するので、カソード循環ガス量を約２
／３に低減することができ、これにより、カソード循環
ブロアに必要な補機動力を低減してプラント効率を向上
させ、併せて、反応に必要な酸素及び炭酸ガスの濃度を
高め、電池性能の向上と長寿命化を達成できる。
【００１４】
【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
発明の燃料電池の冷却方法を示す模式図（Ａ）とその温
度分布図（Ｂ）である。また、図２は、従来の冷却方法
を示す図１と同様の模式図（Ａ）とその温度分布図
（Ｂ）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
発明の燃料電池の冷却方法を示す模式図（Ａ）とその温
度分布図（Ｂ）である。また、図２は、従来の冷却方法
を示す図１と同様の模式図（Ａ）とその温度分布図
（Ｂ）である。
【００１５】図１及び図２において、燃料電池全体の発
熱量は同一であり、これを冷却するために燃料電池を構
成するスタックには、所定の入口温度Ｔ１のカソードガ
スを供給し、所定の出口温度Ｔ２で排出する。上述した
ように燃料電池は、融点の高い溶融炭酸塩を電解液とし
て用いており、平均温度が５００℃以下になると電解液
が部分的に凝縮し、逆に７００℃以上になると電解液の
蒸発や腐食が激しくなる。このため、入口温度Ｔ１と出
口温度Ｔ２は、従来と同様に、出口温度と入口温度を所
定の範囲（例えば、入口温度５８０〜６００℃、出口温
度６８０〜７００℃）に設定し、循環ガス量を制御して
カソード出入口温度差ΔＴを約１００℃以下にする必要
がある。
熱量は同一であり、これを冷却するために燃料電池を構
成するスタックには、所定の入口温度Ｔ１のカソードガ
スを供給し、所定の出口温度Ｔ２で排出する。上述した
ように燃料電池は、融点の高い溶融炭酸塩を電解液とし
て用いており、平均温度が５００℃以下になると電解液
が部分的に凝縮し、逆に７００℃以上になると電解液の
蒸発や腐食が激しくなる。このため、入口温度Ｔ１と出
口温度Ｔ２は、従来と同様に、出口温度と入口温度を所
定の範囲（例えば、入口温度５８０〜６００℃、出口温
度６８０〜７００℃）に設定し、循環ガス量を制御して
カソード出入口温度差ΔＴを約１００℃以下にする必要
がある。
【００１６】以下、説明の便宜上、入口温度Ｔ１を５８
０℃、出口温度Ｔ２を６８０℃、出入口温度差ΔＴを１
００℃として説明する。図１において、本発明の方法で
は、燃料電池２２は複数（この図では３基）のスタック
２２ａ、２２ｂ、２２ｃで構成されており、そのカソー
ド側流路（ライン）が直列に連結されている。この各ス
タックに流れるカソードガス量をそれぞれＧとする。
０℃、出口温度Ｔ２を６８０℃、出入口温度差ΔＴを１
００℃として説明する。図１において、本発明の方法で
は、燃料電池２２は複数（この図では３基）のスタック
２２ａ、２２ｂ、２２ｃで構成されており、そのカソー
ド側流路（ライン）が直列に連結されている。この各ス
タックに流れるカソードガス量をそれぞれＧとする。
【００１７】スタック２２ａ、２２ｂ、２２ｃの間を直
列に連結する連結ライン３１、３２は、それぞれ分岐ラ
イン３１ａ、３２ｂを有し、この分岐ライン３１ａ、３
２ｂは、最下流のスタックのカソード出口ガスと合流し
て燃料電池外に排出される。また、排ガス循環ライン３
３を流れる低温のカソード循環ガスが合流ライン３３
ａ、３３ｂ、３３ｃからそれぞれスタック２２ａのカソ
ード入口ライン３４、及び連結ライン３１、３２に合流
するようになっている。
列に連結する連結ライン３１、３２は、それぞれ分岐ラ
イン３１ａ、３２ｂを有し、この分岐ライン３１ａ、３
２ｂは、最下流のスタックのカソード出口ガスと合流し
て燃料電池外に排出される。また、排ガス循環ライン３
３を流れる低温のカソード循環ガスが合流ライン３３
ａ、３３ｂ、３３ｃからそれぞれスタック２２ａのカソ
ード入口ライン３４、及び連結ライン３１、３２に合流
するようになっている。
【００１８】すなわち、図１の構成により、本発明の方
法によれば、最上流の第１スタック２２ａに所定の入口
温度Ｔ１（５８０℃）及び所定の流量Ｇを供給する。こ
れにより第１スタック２２ａのカソード出口ガスは従来
と同一の出口温度Ｔ２（６８０℃）で排出される。次に
この第１スタック２２ａのカソード出口ガスの一部（例
えば半分）を低温Ｔ０のカソード循環ガスと混合して混
合ガスの温度を所定の入口温度Ｔ１（５８０℃）まで下
げ、第２スタック２２ｂにはこの混合ガスをカソードガ
スとして供給する。混合されるガス量が１対１の場合、
カソード循環ガスの温度Ｔ０は約４８０℃となる。
法によれば、最上流の第１スタック２２ａに所定の入口
温度Ｔ１（５８０℃）及び所定の流量Ｇを供給する。こ
れにより第１スタック２２ａのカソード出口ガスは従来
と同一の出口温度Ｔ２（６８０℃）で排出される。次に
この第１スタック２２ａのカソード出口ガスの一部（例
えば半分）を低温Ｔ０のカソード循環ガスと混合して混
合ガスの温度を所定の入口温度Ｔ１（５８０℃）まで下
げ、第２スタック２２ｂにはこの混合ガスをカソードガ
スとして供給する。混合されるガス量が１対１の場合、
カソード循環ガスの温度Ｔ０は約４８０℃となる。
【００１９】同様に、第２スタック２２ｂのカソード排
ガスの一部（例えば半分）を低温の同量のカソード循環
ガスと混合して混合ガスの温度を所定の入口温度Ｔ１
（５８０℃）まで下げ、第３スタック２２ｃにはこの混
合ガスをカソードガスとして供給する。この場合も、カ
ソード循環ガスの温度Ｔ０は約４８０℃となる。
ガスの一部（例えば半分）を低温の同量のカソード循環
ガスと混合して混合ガスの温度を所定の入口温度Ｔ１
（５８０℃）まで下げ、第３スタック２２ｃにはこの混
合ガスをカソードガスとして供給する。この場合も、カ
ソード循環ガスの温度Ｔ０は約４８０℃となる。
【００２０】上述した方法において、各スタックにおけ
るカソードガスの入口温度Ｔ１（約５８０℃）、出口温
度Ｔ２（約６８０℃）、及び流量Ｇは従来の燃料電池と
同一である。一方、実際に供給するガスは、図に破線で
囲む領域を１つの燃料電池２２として考えると、第１ス
タック２２ａには従来と同一の入口温度Ｔ１（５８０
℃）、流量Ｇのカソードガスであるが、第２スタック２
２ｂと第３スタック２２ｃには温度Ｔ０（約４８０
℃）、流量はそれぞれＧ／２のカソード循環ガスであ
る。従って、みかけの入口温度に着目すると、約５８０
℃と約４８０℃のガスの体積比率から比熱をほぼ同一と
すると平均の約５３０℃となり、従来よりも約５０℃入
口温度が低くなっている。
るカソードガスの入口温度Ｔ１（約５８０℃）、出口温
度Ｔ２（約６８０℃）、及び流量Ｇは従来の燃料電池と
同一である。一方、実際に供給するガスは、図に破線で
囲む領域を１つの燃料電池２２として考えると、第１ス
タック２２ａには従来と同一の入口温度Ｔ１（５８０
℃）、流量Ｇのカソードガスであるが、第２スタック２
２ｂと第３スタック２２ｃには温度Ｔ０（約４８０
℃）、流量はそれぞれＧ／２のカソード循環ガスであ
る。従って、みかけの入口温度に着目すると、約５８０
℃と約４８０℃のガスの体積比率から比熱をほぼ同一と
すると平均の約５３０℃となり、従来よりも約５０℃入
口温度が低くなっている。
【００２１】従って、３つのスタックで発生する発熱量
をそれぞれＱ（合計で３Ｑ）とすると、３Ｑ＝３Ｇ・Ｃ
ｐ・（ΔＴ＋５０）．．（式）が成り立つ。ここで、
Ｃｐはガスの平均比熱、ΔＴは従来のカソード出入口温
度差（約１００℃）である。一方、図２の従来例におい
て、単一のスタックにおける発熱量は図１の３基分の３
Ｑであり、ガス量を３Ｇ′とすると３Ｑ＝３Ｇ′・Ｃｐ
・ΔＴ（式）の関係が成り立つ。
をそれぞれＱ（合計で３Ｑ）とすると、３Ｑ＝３Ｇ・Ｃ
ｐ・（ΔＴ＋５０）．．（式）が成り立つ。ここで、
Ｃｐはガスの平均比熱、ΔＴは従来のカソード出入口温
度差（約１００℃）である。一方、図２の従来例におい
て、単一のスタックにおける発熱量は図１の３基分の３
Ｑであり、ガス量を３Ｇ′とすると３Ｑ＝３Ｇ′・Ｃｐ
・ΔＴ（式）の関係が成り立つ。
【００２２】式から、それぞれに必要な全体ガス量
３Ｇ，３Ｇ′は、 ３Ｇ＝３Ｑ／Ｃｐ／（ΔＴ＋５０）．．（式） ３Ｇ′＝３Ｑ／Ｃｐ／ΔＴ．．（式）となる。 すなわち、カソード出入口温度Ｔ２，Ｔ１（約６８０
℃，約５８０℃）とその温度差ΔＴ（約１００℃）を従
来と同等に保持したまま、みかけの温度差がΔＴ＋５０
（約１５０℃）に増大するので、カソード循環ガス量を
約２／３に低減することができる。従って、これによ
り、カソード循環ブロアに必要な補機動力を低減してプ
ラント効率を向上させ、併せて、反応に必要な酸素及び
炭酸ガスの濃度を高め、電池性能の向上と長寿命化を達
成できる。
３Ｇ，３Ｇ′は、 ３Ｇ＝３Ｑ／Ｃｐ／（ΔＴ＋５０）．．（式） ３Ｇ′＝３Ｑ／Ｃｐ／ΔＴ．．（式）となる。 すなわち、カソード出入口温度Ｔ２，Ｔ１（約６８０
℃，約５８０℃）とその温度差ΔＴ（約１００℃）を従
来と同等に保持したまま、みかけの温度差がΔＴ＋５０
（約１５０℃）に増大するので、カソード循環ガス量を
約２／３に低減することができる。従って、これによ
り、カソード循環ブロアに必要な補機動力を低減してプ
ラント効率を向上させ、併せて、反応に必要な酸素及び
炭酸ガスの濃度を高め、電池性能の向上と長寿命化を達
成できる。
【００２３】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。例えば、上述の例では、燃料電池を
構成するスタックを３基とし、混合ガスの比率を１対１
にしたが、本発明はこれらの例に限定されず、自由に設
定することができる。
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。例えば、上述の例では、燃料電池を
構成するスタックを３基とし、混合ガスの比率を１対１
にしたが、本発明はこれらの例に限定されず、自由に設
定することができる。
【００２４】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池の冷
却方法によれば、カソード出入口温度とその温度差を従
来と同等に保持したまま、カソード循環ガス量を低減す
ることができ、これにより、カソード循環ブロアに必要
な補機動力を低減してプラント効率を向上させ、併せ
て、反応に必要な酸素及び炭酸ガスの濃度を高め、電池
性能の向上と長寿命化を達成できる、等の優れた効果を
有する。
却方法によれば、カソード出入口温度とその温度差を従
来と同等に保持したまま、カソード循環ガス量を低減す
ることができ、これにより、カソード循環ブロアに必要
な補機動力を低減してプラント効率を向上させ、併せ
て、反応に必要な酸素及び炭酸ガスの濃度を高め、電池
性能の向上と長寿命化を達成できる、等の優れた効果を
有する。
【図１】本発明の燃料電池の冷却方法を示す模式図とそ
の温度分布図である。
の温度分布図である。
【図２】従来の冷却方法を示す図１と同様の模式図とそ
の温度分布図である。
の温度分布図である。
【図３】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の説明図である。
【図４】溶融炭酸塩型燃料電池を用いた従来の発電設備
の全体構成図である。
の全体構成図である。
１ 電解質板（タイル） ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ 単セル ５ バイポーラプレート（セパレータ） ６ スタック ７ 内部マニホールド １１ 燃料ガス １２ アノードガス １３ カソードガス １４ アノード排ガス １５ 燃焼排ガス １６ 空気 １７ カソード排ガス １８ 蒸気 １９ 冷却水 ２０ 改質器 ２２ 燃料電池 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ スタック ２３ 冷却器 ２４ ブロア ２５ 圧力回収装置 ２６ タービン ２７ コンプレッサ ２８ 熱回収装置 ３１、３２ 連結ライン ３１ａ、３２ｂ 分岐ライン ３３ 排ガス循環ライン ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 合流ライン
Claims (1)
- 【請求項１】 カソード側流路が直列に連結された複数
のスタックで燃料電池が構成され、上流側スタックのカ
ソード出口ガスの一部を低温のカソード循環ガスと混合
し、該混合ガスをカソードガスとして下流側スタックに
供給し、これによりスタック入口温度を保持したまま、
みかけの入口温度を下げ、カソード循環ガス量を低減す
る、ことを特徴とする燃料電池の冷却方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9226706A JPH1167249A (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 燃料電池の冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9226706A JPH1167249A (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 燃料電池の冷却方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167249A true JPH1167249A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16849373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9226706A Pending JPH1167249A (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 燃料電池の冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1167249A (ja) |
-
1997
- 1997-08-22 JP JP9226706A patent/JPH1167249A/ja active Pending
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