JPS5954176A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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Publication number
JPS5954176A
JPS5954176A JP57164014A JP16401482A JPS5954176A JP S5954176 A JPS5954176 A JP S5954176A JP 57164014 A JP57164014 A JP 57164014A JP 16401482 A JP16401482 A JP 16401482A JP S5954176 A JPS5954176 A JP S5954176A
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JP
Japan
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fuel cell
fuel
electrolyte
gas
concentration
Prior art date
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Pending
Application number
JP57164014A
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English (en)
Inventor
Masatsugu Yoshimori
吉森 正嗣
Hitoshi Kuramoto
倉本 仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS5954176A publication Critical patent/JPS5954176A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は酸化剤ガス及び燃料ガスを用いる燃料電池のガ
ス供給路を改良した燃料電池発電システムに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来燃料電池発電システムは、例えば第1図に示すよう
に構成されている。即ち図において、燃料慰池1は酸化
剤極2と燃料極3とを電解質+111t 4の両面側に
酢、t#L、それぞれの極に酸化剤ガス通路5、燃料ガ
ス通路6を有している。電解質層4にはポンプ7により
例えばりん酸電解質の電解液が循環する通路8が形成さ
れており電解質層4がら出た電解液はリザーバタンク9
に入り、ζらに冷却器10を通過して冷却された後ポン
プ7により再び電解質層4に戻る。又例えば酸素あるい
は空気の酸化剤ガスはポンプ11により燃料電池1に供
給される。この酸化剤ガスは一部分が発電に寄与して消
費され残りは燃料電池1から排出されて冷却器12で冷
却され、生成水を取り除かれ肖。
度ポンプ11を通過して燃料電池1に供給される。
消費された酸化剤ガスはガスボンベ13から補充される
。さらに例えば水素の燃料ガスもポンプ14により燃料
電池1に供給され、発電に使用された後、冷却器15で
冷却されて、生成水が除去され再度ポンプ14により燃
料′電池1に供給される。燃料ガスも酸化剤ガスと同様
発電に使った分は燃料ガスボンベ16から補充される。
このシステムにおいては電解質の濃度はリザーバタンク
9の液面昼さで測定する。電解液中の溶質の量はと系で
は不変なので溶媒の量、すなわち電解液の量から電解質
濃度を求めることが出来る。リザーバタンク9には液面
計17が取り付けてあり、この信号をリレー18に送る
。リレー18は酸化剤ガス側のポンプ11に電力を供給
しており、したがって液面計17の信号に応じて、酸化
剤ガスの供給量が決まる。これらの装置により電解質濃
度が高い場合は酸化剤ガス供給量を減らし電解液から蒸
発する水の量を減らして電解質濃度を下げ、反対に電解
質濃度が低い場合は酸化剤ガス供給量を増して電解液か
らの蒸発水量を増して電解質濃度を上げる。
以上述べた如くして電解液の濃度を一定に保つ。
しかし、この電解質濃度制御装置は、電解液循環型の燃
料電池にしか応用できない。特に工業的に利用の多い電
解液封入型の燃料電池に対しては全く用をなさない。1
だ、この装置では電解液の濃度を制御するのに、酸化剤
ガスの供給量を変えているが心安以上の酸化剤ガスを流
すことはポンプ動力の無駄であり燃料電池発電ノランド
のエネルギ効率を下げることになるため好捷しくない。
以−ヒ述べたように工業的に利用価値の多い電解液封入
型の燃料電池の電解液の濃度は全く異なった視点からの
考案が必要である。しかし従来、電解液封入型の燃料′
電池の電解液の濃度を制御した列はなく、このため、電
解液の一度を適当な値に保つことができなかった。電解
液の濃度が高くなると電解液の体積が減、少するため、
電解質層にすき間が生じやすくなり、この結果、酸化剤
ガスと燃料ガス即ち環元剤ガスが直接交わるいわゆるク
ロスオーバー現象がおきやすくなる。また、電解液が濃
縮されると電解液の電気伝導率が下がり電池の特性が劣
化する。また電解液と電極の間にすき間が生じろと有効
成極面積が減少するため電池の特性が劣化する。
逆に電解液の濃度が低くなると、電解質の体積が増加し
、電解質層からあふれ出て酸化剤ガスや燃料ガスと接す
る側の電極面をぬらすため、電極十の触媒と気体と電解
液の接する三相界面が減少し電池の特性が悪化する。壕
だ、一部の電解液はガスの流れに流されて失うわれるこ
ともある。特にこの効果は撥水性の電極を用いた場合に
大きい。
このように電解液の濃度が適正値に保持されない場合に
は燃料電池の特性は悪化してしまう。
〔発明の目的〕
本発明は上述したよう壜欠点を改良し燃料利用効率が良
く安定した特性を有する燃料電池発電システムを提供す
ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明による燃料電池発電システムにおいては燃料′鷹
池内に電池の酸化剤極と燃料極の温度を測定するだめの
温度検出器と燃料電池へ供給する酸化剤ガスと燃料ガス
の湿度を測定するだめの湿度伏出器を設け、これらの温
度検出器と、湿度検出器からの信号から電解質濃度を演
算する演算器を設け、酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給
路への水蒸気供給量を調節する弁を設け、演算器からの
濃度に比例しだ出力を受け、この流調弁を制御する調節
器を設ける。
Jソ、」二の装置を燃料五池発電ブラ、/トに付加17
、電解質龜度が常に一定になるよつに% ;i”J m
器の制御定数を設定し、目標より低い電解質層IWが検
111されたち)合に11燃別離池に供給されるi?:
<化剤ガスと燃料ガスに混入する水蒸気量を減らし、電
解液からの水の蒸発量を増して濃度を高め、逆に、高い
電解質讃朋が検11された用台には、燃料電池に供給さ
れるガスに混入する水蒸気量を増し、電解液からの水の
蒸発量を減らして濃度を下げることにより、一定の電解
質M度を保ち、電yfr液の量を角φ適に保つことが出
来る、 〔発明の効果〕 本発明に係る@月覗池発可ンスデムによれば燃料電池の
燃料利用効率を向上させ特性の安定化と、長寿命化を達
成する効果があり、システム全体についても同様効果が
得られる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第2図は本発明に係る燃料電池発電シスデムにおける要
部である燃料電池の電解質濃度の制御系のゼ・ν成を示
すもので、燃料電池1はりん酸電解質を保持した電解質
層を内蔵し、この電解質層部分の温度を計測する温度検
出器27が燃料電池1に取り付けられている。燃料電池
1には酸化剤極側に酸化剤ガスとしての圧縮されたもの
を含む空気Xを供給する酸化剤ガス供給路31aと酸化
剤排出ガスX′を排出する酸化剤ガス排出路32aが設
けられ、燃料極側に燃料ガスの水素Yを供給する燃料ガ
ス供給路31bと燃料排出ガスY′を排出する燃料ガス
排出路32bが設けられている。酸化剤ガス供給路31
aにはミキサー26aが接続されており、とのミる湿度
検出器28aが挿入されており、また燃料ガス供給路3
1bには同様ミキサー26bが接続されて卦り、このミ
キサー26bと燃料電池1との間の燃料ガス供給路31
bには燃料ガスYの湿度を計測する湿度検出器28bが
挿入されている。それぞれのガス供給路31a、31b
に接続されたミキサー26a。
26bには水蒸気流量調節弁21a 、 21bが挿入
され、水蒸気Zを供給する水蒸気供給路35a、3!’
ibが接続されており、各ガス供給路に水蒸気流量調節
弁21a、21bを調節することにより水蒸気Zを添加
可能となっている。さらに水蒸気流量調節弁21a。
21bには温度検出器27の計測した温度に対応する検
出信号とそれぞれの湿度検出器28a 、 28bで計
測した各ガス供給路31a、31bのガスX、Yの湿度
に対応する検出信号とから各ガスX、Yの燃料電池1の
電解質層の電解質濃度を演算する演算器19と演算器1
9からの電解質濃度に比例17だ出力信号を受けて水蒸
気流量調節弁2]a、21bを調節制御して所定の電解
質濃度とする調節器20が設けられている。
このように構成された本発明に係るシステムの作用につ
いて次に説明する。
酸化剤ガス供給路31a1燃料ガス供給路31bを通じ
て空気X1水素Yが供給されて発電する燃料発電1で水
蒸気流量調節弁21a、21bの開度に応じてミキサー
26a 、 26bにおいて水蒸気2が空気X1水素Y
に添加混合され発WEが行われる。発′11■に使われ
た後者ガスX、Yは各排出ガスX’ 、Y’として排出
される。一方で燃料電池1の電解質の温度を計測する温
度検出器27の検出信号が演算器19に入力され、各ガ
ス供給路3]、a、31bに挿入された湿度検出器28
a 、 28bでそれぞれの供給ガスX、Yの燃料電池
1に送り込壕れる前の露点を測定し、水蒸気圧(mmH
g )を検出信号として出力し、この信号が演算器19
に入力される。演算器19では入力された温度検出信号
と、湿度検出信号とから電解質層の平均電解濃度を演算
し、この平均濃度に応じた信号を出力する。この演算器
19の入出力特性の一例を横軸に温度T1縦軸に電解質
濃度Cをとり各水蒸気圧毎に第3図に示しである。演算
器19からの出力信号を受けた調節器20では所定目標
の電解質濃度例えば6991+ (P2O5wt%)と
測定濃度との差に応じて水蒸気流量調節弁21a。
21bの開度を調節する。この開度調節によりガス供給
路31a、31bに供給される水蒸気の量は調節され、
燃料電池1に供給する水蒸気量が制御される。
以上の過5程を度々繰り返えされることにより常に電解
質層の電解質濃度が一定に保たれる。
なお上記実施例においては、空気Xと水素Yに混入する
水蒸気Zの量をほぼ等しく取るべく水蒸気流量調節弁2
1a、21bの開度を1:1に設定しであるが、状況に
応じてその比は変えても良く、又いずれか一方のガス供
給路にのみ電解質濃度制御系を設けても14い。
次に本発明の他の実施例を説明する。
第4図は、本発明に係る燃料電池発成システムの他の実
施例の要部である電解質濃度制御系を示す構成図で、燃
料ガス供給路33に水蒸気を加えるのではなく、気水分
離器22と、との気水分離器22の温度を測定する温度
検出器23と供給燃料ガスYの温度を制御する加熱器2
4と、加熱器24に流す電流を制御供給する電源25を
付加し、燃料ガス供給路33の湿度検出器を1収りはず
しである。
酸化剤ガス供給路31には前述の実施例の電解質濃度制
御と全く同様に行う。
燃料ガス供給路33では気水分離器22の温度が常時一
定になるように、温度検出器23に気水分離器22の温
度を検出し、この信号に応じて電源25ば、加熱路24
に電力を供給し、供給燃料ガスYの温度を制御する。乙
の制御により、供給・燃料ガスY中の水蒸気分圧は常時
一定とする。生成水の大半は空気流中に除去されるので
、この制御により、燃料電池1内に於ける燃料ガスY中
の湿分は電池の出力に無関停にほぼ一定である。
メタン、天然ガス等の原燃料から、水素を主成分とする
燃料を作る改質装置を持つ実用規模の燃料電池1内プラ
ントでは改質燃料中には多量の水蒸気が含寸れており、
燃料電池の電解質濃度を適正に保つには、余剰の水蒸気
を除く必要がある。
この実施例は改質装置を持つ実現燃料電池発電プラント
に適した電解質濃度制御系である。
さらに、供給燃料ガスの温度が高い場合には、加熱器2
4に代えて冷却器を設置すれば良い。
この発明は以上説明したように、燃料電池の電解質濃度
を燃料電池温度と、燃料電池に供給される燃料ガペと、
酸化剤ガスの湿度、またはY化剤ガスの湿度のみと関連
づけ、この樽度が一定になるように、燃料電池に供給す
る酸化剤ガスと燃料ガスまたは、酸化剤カスのみの加湿
量を制御する。
これにより電解質濃度は、常時一定となり、電解液量を
常時一定の最適値に保つことができ、クロスオーバが岐
小化され′4池の特性を、いつも庚良な状態に保つこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、燃料、梶池発屯システムの電解質濃度制御装
置の従来例を示す構成図、第2図は、本発明にかかる一
実施例の要部を示す構成図、第3図は、第2図における
演算器の入出力特性を示17だ特性図、第4図は、本発
明の他の実施例の要部である電解質濃度制御系を示す構
成図である。 1・・・燃料電池、2・・・酸化剤極、3・・・燃料極
、4・・・電解質層、19・・・演算器、20・・・調
節器、21a、21b・・・水蒸気流量調節弁、  2
6a、26b・・・ミキサー27・・・温度検出器、 
 28a、28b・・・温度検出器、31a・・・酸化
剤ガス供給路、31b・・・燃料ガス供給路、35a 
、 35b・・・水蒸気供給路。 (ほか1名) 第2図 第3図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質層の片面側に酸化剤極を有し他面側に燃料
    極を有する燃料電池と、前記酸化剤極へ酸化剤ガスを供
    給する酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤極から酸化剤排
    出ガスを排出する酸化剤ガス排出路と、前記燃料極へ燃
    料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記燃料極から燃
    料排出ガスを排出する燃料ガス排出路を具備した燃料電
    池発電システムにおいて、前記燃料電池の温度を計測す
    る温度検出器と、前記酸化剤ガス供給路に水蒸気流量調
    節弁を設けて接続された水蒸気供給路もしくは前記燃料
    ガス供給路に水蒸気流量調節弁を設けて接続された水蒸
    気供給路の少くなくとも一方の供給路と、前記ガス供給
    路の前記水蒸気供給路の接からの信号により前記水蒸気
    流量調節弁を制御して、前記電解質の電解質濃度を所定
    値とする調節器とを具備して形成されたことを特徴とす
    る燃料電池発電システム。
  2. (2)酸化剤ガスが空気であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の燃料電池発電システム。
  3. (3)酸化剤ガスが圧縮空気であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の燃料電池発電システム。
  4. (4)電解質層の電解質がシん酸電解質であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電池発電シス
    テム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60263477A (ja) * 1984-06-12 1985-12-26 Sony Corp 半導体装置の製法
JPS60264055A (ja) * 1984-06-06 1985-12-27 エナジー・リサーチ・コーポレーシヨン 燃料電池装置
JPH05135794A (ja) * 1991-11-11 1993-06-01 Chubu Electric Power Co Inc 燃料電池発電装置
JP2010218941A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Fuji Electric Systems Co Ltd りん酸形燃料電池のりん酸凍結防止方法及びりん酸凍結防止装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60264055A (ja) * 1984-06-06 1985-12-27 エナジー・リサーチ・コーポレーシヨン 燃料電池装置
JPS60263477A (ja) * 1984-06-12 1985-12-26 Sony Corp 半導体装置の製法
JPH05135794A (ja) * 1991-11-11 1993-06-01 Chubu Electric Power Co Inc 燃料電池発電装置
JP2010218941A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Fuji Electric Systems Co Ltd りん酸形燃料電池のりん酸凍結防止方法及びりん酸凍結防止装置

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