JPS5986162A - 燃料電池システム及びその作動方法 - Google Patents
燃料電池システム及びその作動方法Info
- Publication number
- JPS5986162A JPS5986162A JP58182972A JP18297283A JPS5986162A JP S5986162 A JPS5986162 A JP S5986162A JP 58182972 A JP58182972 A JP 58182972A JP 18297283 A JP18297283 A JP 18297283A JP S5986162 A JPS5986162 A JP S5986162A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- stack
- manifold
- fuel
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は燃料電池システムに係る。
電力を発生りるＩこめの燃料電池発雷プラントのような
燃料電池システムは典ｆｉす的に、スタックを形成する
にうにＨいに重ねて配ＩＣ°１され電気的に直列に接続
された多数の燃料電池を含んでいる。燃料電池システム
は任意の数のスタックを含んでいてよい。反応ガスマニ
ホルドが、反応ガスを燃料電池に運ぶためまた反応流反
応ガスを燃料電池から受入れるために用い−うれている
。これらのマニホルドはスタックの側面に密に取付けら
れており、また圧縮可能なシーリング材料又【Ｊガスケ
ツ１−が、７ニホルドからの反応ガスの漏洩を阻止する
目的で、スタックの表面どマニホルドの縁との間に配置
されている。本願と所有権者を同じくする米国時６’ｆ
第４．３４５．’００９号明細＋！１の第１図及び第２
図には、側面に外側反応ガスマニホルドを取ｆ１りられ
たリン１ｌｆｆ塩電Ｐｙｉ′質燃料電池のスタックが示
されている。
燃料電池システムは典ｆｉす的に、スタックを形成する
にうにＨいに重ねて配ＩＣ°１され電気的に直列に接続
された多数の燃料電池を含んでいる。燃料電池システム
は任意の数のスタックを含んでいてよい。反応ガスマニ
ホルドが、反応ガスを燃料電池に運ぶためまた反応流反
応ガスを燃料電池から受入れるために用い−うれている
。これらのマニホルドはスタックの側面に密に取付けら
れており、また圧縮可能なシーリング材料又【Ｊガスケ
ツ１−が、７ニホルドからの反応ガスの漏洩を阻止する
目的で、スタックの表面どマニホルドの縁との間に配置
されている。本願と所有権者を同じくする米国時６’ｆ
第４．３４５．’００９号明細＋！１の第１図及び第２
図には、側面に外側反応ガスマニホルドを取ｆ１りられ
たリン１ｌｆｆ塩電Ｐｙｉ′質燃料電池のスタックが示
されている。
スタックの表面に対してマニホルドの縁を確実にシール
する能力は、反応ガスの圧ツノ、動作温度及び燃料電池
内に用いられる電解質の種類を含む幾つかの因子に関係
している。このことがシーリングのために用いられ１ｑ
る材料を制限する。また、外側マニホルドをスタック表
面に押付けるために用いられ得る力の大きさに関しても
制限が存在する。
する能力は、反応ガスの圧ツノ、動作温度及び燃料電池
内に用いられる電解質の種類を含む幾つかの因子に関係
している。このことがシーリングのために用いられ１ｑ
る材料を制限する。また、外側マニホルドをスタック表
面に押付けるために用いられ得る力の大きさに関しても
制限が存在する。
溶融炭酸塩電解質燃料電池は６４９℃のオーダーの温度
及び９．９ｂａｒのオーダー又はそれよりも高い反応カ
ス圧力で作動し１りる。もし大気圧よりも高い圧力で作
動する時には、スタックは圧力。
及び９．９ｂａｒのオーダー又はそれよりも高い反応カ
ス圧力で作動し１りる。もし大気圧よりも高い圧力で作
動する時には、スタックは圧力。
容器内に配置される。スタックを包囲する圧力容器内の
可燃性カスの増大を阻止し月高い効率を維持づるために
【ま、これらの条イ′１下でマニホルドからの反応ガス
の逃げを完全に阻止する必要があるが、このことは非常
に回動である。
可燃性カスの増大を阻止し月高い効率を維持づるために
【ま、これらの条イ′１下でマニホルドからの反応ガス
の逃げを完全に阻止する必要があるが、このことは非常
に回動である。
本発明の一つの目的は外側反応ガスマニホルドをイｊｉ
る燃料電池スタックからの反応ガスの漏洩を阻止するこ
とである。
る燃料電池スタックからの反応ガスの漏洩を阻止するこ
とである。
本発明によれば、外側マニホルドを有する燃料電池スタ
ックはマニホルドとスタックとの間にシールを含んでお
り、またスタック内の反応ガス圧力よりも高い圧力で不
活性ガスを連続的に供給される圧力容器内に配向されて
Ｊ３す、圧力容器内の不活性ガスはシールを通過して反
応ガスマニホルド内へ連続的に漏洩する。
ックはマニホルドとスタックとの間にシールを含んでお
り、またスタック内の反応ガス圧力よりも高い圧力で不
活性ガスを連続的に供給される圧力容器内に配向されて
Ｊ３す、圧力容器内の不活性ガスはシールを通過して反
応ガスマニホルド内へ連続的に漏洩する。
本発明の燃料電池システムは、漏洩を阻止しようと努力
づ−るのではなく、漏洩をに’Ｔ容している。
づ−るのではなく、漏洩をに’Ｔ容している。
しかし、本発明の燃料電池シス−Ｊムｉ、ｌ、！洩が反
応力スマニボルドからではなく反応ガスマニホルド内へ
行われることを保証し”（Ｊｊす、このＪ、うな漏洩は
システムにとって実際−１づ（（じ古（ある。これは非
常に苛酷な環境Ｃ′確実なシールを形成りるための困１
ｊ−１Ｉな」１事を不要にする。
応力スマニボルドからではなく反応ガスマニホルド内へ
行われることを保証し”（Ｊｊす、このＪ、うな漏洩は
システムにとって実際−１づ（（じ古（ある。これは非
常に苛酷な環境Ｃ′確実なシールを形成りるための困１
ｊ−１Ｉな」１事を不要にする。
本発明は溶ａ１を炭酸塩電解質燃料？ｈ池システムとＪ
（に使用づるのに’ｌＶｊによく適している。何故なら
ば、このような型式の燃料電池スタックに対して無１Ｉ
ｉｉｉ洩の外側マニホルドシールを形成覆ることは不可
能であったからである。
（に使用づるのに’ｌＶｊによく適している。何故なら
ば、このような型式の燃料電池スタックに対して無１Ｉ
ｉｉｉ洩の外側マニホルドシールを形成覆ることは不可
能であったからである。
ここに用いられている″゛不８ｉ ｔｌガス″という用
語番よ、スタック構成要素に有害イ１作用をするような
Ｉ）の有害成分を含有せず、しかしスタックを通過する
際に燃料電池の性能を実質的に低下させないようなガス
を意味している。従って、安全の目的で、不活性ガスは
燃料電池の動作温度で反応する酸化性又は酸化可能な成
分（即ち０２、ＣＩ、Ｇｏ、ＣＨ４及び１」２）を実質
的な量で含んで（＼てｔよならない。何故ならば、これ
らの成分の組合せは爆発を惹起し得るからである。燃料
電池又はマニホルドの腐蝕を加速するような成分も含ま
れていてはならない。
語番よ、スタック構成要素に有害イ１作用をするような
Ｉ）の有害成分を含有せず、しかしスタックを通過する
際に燃料電池の性能を実質的に低下させないようなガス
を意味している。従って、安全の目的で、不活性ガスは
燃料電池の動作温度で反応する酸化性又は酸化可能な成
分（即ち０２、ＣＩ、Ｇｏ、ＣＨ４及び１」２）を実質
的な量で含んで（＼てｔよならない。何故ならば、これ
らの成分の組合せは爆発を惹起し得るからである。燃料
電池又はマニホルドの腐蝕を加速するような成分も含ま
れていてはならない。
好ましい実施態様では、スタックの燃料電池は溶融炭酸
塩電Ｍ質を用いており、また反応済燃料ガスは燃１１出
ロマニホルドから出され、−酸化炭素、未反応水素及び
他の炭化水素のような可燃物の実質的に全てを除去づる
ように燃焼される。こうして燃焼されたガス又はその一
部分は次いで不活性ガスとして圧力容器内へ導入される
。０．０９毘２の作用面積の１０〜２０個の燃料電池か
らなるスタックをイ」づる燃料電池システムに於ける試
験結果から、マニホルドシールを通じてのスタック内へ
の不活性ガスの漏洩は、燃料電池システムの効率低下を
１％の１／１０以下に留め得るようなレベルに保たれ得
ることが示された。
塩電Ｍ質を用いており、また反応済燃料ガスは燃１１出
ロマニホルドから出され、−酸化炭素、未反応水素及び
他の炭化水素のような可燃物の実質的に全てを除去づる
ように燃焼される。こうして燃焼されたガス又はその一
部分は次いで不活性ガスとして圧力容器内へ導入される
。０．０９毘２の作用面積の１０〜２０個の燃料電池か
らなるスタックをイ」づる燃料電池システムに於ける試
験結果から、マニホルドシールを通じてのスタック内へ
の不活性ガスの漏洩は、燃料電池システムの効率低下を
１％の１／１０以下に留め得るようなレベルに保たれ得
ることが示された。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、双手に本
弁明の好Ｊ、シい実施例を図面ｔこｊこり詳細に説明づ
る中で一層明らかになろう。
弁明の好Ｊ、シい実施例を図面ｔこｊこり詳細に説明づ
る中で一層明らかになろう。
本発明の！Ｉｔ！ ’ｖＪ的な例として、第１図に示さ
れているような燃料電池システムをと察りる。このシス
テムでは燃ｔ３＋電池スタックは仝休として参照ｒＨ号
１０をを（＝Ｊされている。スタック１０は、ηいに積
み重ねられて電気的に直列に接続され（いる段数個の燃
料電池マニボルドからなっている。燃１′３１電池の各
々は、−・対の電極の間に配置１′？された溶融炭酸Ｊ
ｉ電解質を含／νでいる。隣１キー燃料電池はガスを透
過さけないン９電性の仮にＪ：す１１７ＡてＩうれてい
る。このような燃料電池の構造ＧＪ当業者に良く知られ
でＪ３す、ホット明の新規性の一部分をなりものて（よ
ない。スタック１０は圧密容器１４の中に配向され−Ｃ
いる。それによりガス空間１５がスタック１０とそれを
包囲する容器１４との間に郭定されている。
れているような燃料電池システムをと察りる。このシス
テムでは燃ｔ３＋電池スタックは仝休として参照ｒＨ号
１０をを（＝Ｊされている。スタック１０は、ηいに積
み重ねられて電気的に直列に接続され（いる段数個の燃
料電池マニボルドからなっている。燃１′３１電池の各
々は、−・対の電極の間に配置１′？された溶融炭酸Ｊ
ｉ電解質を含／νでいる。隣１キー燃料電池はガスを透
過さけないン９電性の仮にＪ：す１１７ＡてＩうれてい
る。このような燃料電池の構造ＧＪ当業者に良く知られ
でＪ３す、ホット明の新規性の一部分をなりものて（よ
ない。スタック１０は圧密容器１４の中に配向され−Ｃ
いる。それによりガス空間１５がスタック１０とそれを
包囲する容器１４との間に郭定されている。
四つのスタック側面１６．１８．２’Ｏ及び２２の各々
はそれぞれ、図示されていない手段により取付けられた
反応ガスマニホルド２４．２６．２８．３０をイｊする
。これらのマニホルドは、上記米国特許第４．２４５．
００９号明ｌｌｌ書に示されている仕方でスタック１０
の周りに巻付けられた帯により取（−１けられていても
よい。スタック側面に７二小ルドを取付ける方法は本発
明の一部分をイ＠ １ＪものでＧＪない。“ピクチュア
・フレーム″型刀スグッ１〜シール２９がスタック１０
の側面１Ｇ、１８．２０．２２の各々とそのそれぞれの
マニホルド２４．２６．２８．３０の周縁フランジ３１
どの間にサンドウィッチ状に挾まれている。シール２９
は気密ではない。このシールは例えば多孔性且圧縮可能
でありまた燃料電池電解質として一般に用いられる型式
の溶融炭酸塩に対して実際上不活性である廿ラミツタフ
ァイバシールであってよい。
はそれぞれ、図示されていない手段により取付けられた
反応ガスマニホルド２４．２６．２８．３０をイｊする
。これらのマニホルドは、上記米国特許第４．２４５．
００９号明ｌｌｌ書に示されている仕方でスタック１０
の周りに巻付けられた帯により取（−１けられていても
よい。スタック側面に７二小ルドを取付ける方法は本発
明の一部分をイ＠ １ＪものでＧＪない。“ピクチュア
・フレーム″型刀スグッ１〜シール２９がスタック１０
の側面１Ｇ、１８．２０．２２の各々とそのそれぞれの
マニホルド２４．２６．２８．３０の周縁フランジ３１
どの間にサンドウィッチ状に挾まれている。シール２９
は気密ではない。このシールは例えば多孔性且圧縮可能
でありまた燃料電池電解質として一般に用いられる型式
の溶融炭酸塩に対して実際上不活性である廿ラミツタフ
ァイバシールであってよい。
マニホルド２４は］ンジット３２を介して水素富化され
たガス流を供給される燃料ガス入口マニホルトである。
たガス流を供給される燃料ガス入口マニホルトである。
マニホルド２４は燃料ガスを燃料電池スタック１−２に
運ぶ。燃料ガスはスタックを横切って燃料電池を通過し
、燃料ガス出口２８にＪ：り受入れられる。反応済燃料
ガス（水素の殆どが反応した燃料ガス）は３９管３４を
経てマニホルド２８を去る。マニホルド２６はＡキシダ
ントガス入ロマニホルドである。このマニホルドは導管
３６を杼てオキシダントガスを受入れ、それを燃料電池
１２へ運、５；。オキシダントガスはスタックを横切っ
て燃料ガスの通過方向と垂直の方向に燃料電池スタック
を通過し、オキシダントガス出口Ｃマニホルド３０によ
り受入れられる。反応済のオキシダン１へガスは導管３
８をを出てマニホルド２６を去る。
運ぶ。燃料ガスはスタックを横切って燃料電池を通過し
、燃料ガス出口２８にＪ：り受入れられる。反応済燃料
ガス（水素の殆どが反応した燃料ガス）は３９管３４を
経てマニホルド２８を去る。マニホルド２６はＡキシダ
ントガス入ロマニホルドである。このマニホルドは導管
３６を杼てオキシダントガスを受入れ、それを燃料電池
１２へ運、５；。オキシダントガスはスタックを横切っ
て燃料ガスの通過方向と垂直の方向に燃料電池スタック
を通過し、オキシダントガス出口Ｃマニホルド３０によ
り受入れられる。反応済のオキシダン１へガスは導管３
８をを出てマニホルド２６を去る。
第１図の簡単化された燃料電ｉ１！シスツム（・は、液
体又は気体状の炭化水素であ−）てＪ、い炭素含有原料
が図示されていない手段に、１す、燃料電池スタックが
作動１べき圧力に加ｊ１−され＜２゜（燃料電池スタッ
クは大気圧でも作動し１！Ｉるが、大気圧よりも高い圧
力で作動することが右イ’ｌ ’Ｃ＋ｋｉる）。この燃
料は、同一圧力の蒸気と共に、蒸気改質装置４０のよう
な燃料コンディショニング装置に導入される。改質装置
４０内で水素は、セラミック上に支持されたニッケルの
ような適当な触媒の存在下に蒸気及び炭素炭素含有原料
の反応ににり改質される。水素に富む改質された燃料は
容積比で約５０％水素、１０％Ｃ０１１０％ＣＯ２及び
３０％Ｈ２０である。この改質された燃料は蒸気改質装
置４０から導管３２を経てスタック１０の燃料ガス入ロ
マニボルド２４に供給される。
体又は気体状の炭化水素であ−）てＪ、い炭素含有原料
が図示されていない手段に、１す、燃料電池スタックが
作動１べき圧力に加ｊ１−され＜２゜（燃料電池スタッ
クは大気圧でも作動し１！Ｉるが、大気圧よりも高い圧
力で作動することが右イ’ｌ ’Ｃ＋ｋｉる）。この燃
料は、同一圧力の蒸気と共に、蒸気改質装置４０のよう
な燃料コンディショニング装置に導入される。改質装置
４０内で水素は、セラミック上に支持されたニッケルの
ような適当な触媒の存在下に蒸気及び炭素炭素含有原料
の反応ににり改質される。水素に富む改質された燃料は
容積比で約５０％水素、１０％Ｃ０１１０％ＣＯ２及び
３０％Ｈ２０である。この改質された燃料は蒸気改質装
置４０から導管３２を経てスタック１０の燃料ガス入ロ
マニボルド２４に供給される。
導管３４を粁で燃料ガス出口マニホルド２８を去る反応
湾燃料ガスは二酸化炭素、未反応水素、−ａ化炭素及び
水蒸気を含んでいる。このガス流１Ｊ凝縮器４４を通さ
れ、その際に水が導管４Ｇを経て除去される。この水は
ボイラ４８内で蒸気に変換され、この蒸気はボイラから
Ｓ管５，０を経て蒸気改質装ｖ３４０に運ばれる。
湾燃料ガスは二酸化炭素、未反応水素、−ａ化炭素及び
水蒸気を含んでいる。このガス流１Ｊ凝縮器４４を通さ
れ、その際に水が導管４Ｇを経て除去される。この水は
ボイラ４８内で蒸気に変換され、この蒸気はボイラから
Ｓ管５，０を経て蒸気改質装ｖ３４０に運ばれる。
タービン５６により駆動される圧縮機５４からの圧縮さ
れた空気は導管３６を経てスタック１０のオキシダント
ガスマニホルド２６に供給され、これは燃料電池スタッ
ク１２に３・１するＡ１シダントガスである。当桑者に
良く知Ｉ）れ（いイーように、空気は溶融炭酸塩電解質
燃料電池内の燃料電池スタック反応を効率的に行うのに
１分／−： Ｉｔ！の一酸化炭素を含有していない。従
って、反応済燃料ガス枡出物のＣＯ２部分がスタックに
導入される空気に加えられる必要がある。しかし、それ
に先立って、反応済燃Ｙ３＋ガス中の可燃物の実７′１
的にづへＣが除去されなければならない。従って、今比
較的乾燥し−（いる反応演燃料ガスが凝縮器４４からバ
ーナ４２へ運ばれる。圧縮機５／Ｉからの圧縮され１、
：空気も導管５８を杼てバーナ／Ｉ２／＼供給される。
れた空気は導管３６を経てスタック１０のオキシダント
ガスマニホルド２６に供給され、これは燃料電池スタッ
ク１２に３・１するＡ１シダントガスである。当桑者に
良く知Ｉ）れ（いイーように、空気は溶融炭酸塩電解質
燃料電池内の燃料電池スタック反応を効率的に行うのに
１分／−： Ｉｔ！の一酸化炭素を含有していない。従
って、反応済燃料ガス枡出物のＣＯ２部分がスタックに
導入される空気に加えられる必要がある。しかし、それ
に先立って、反応済燃Ｙ３＋ガス中の可燃物の実７′１
的にづへＣが除去されなければならない。従って、今比
較的乾燥し−（いる反応演燃料ガスが凝縮器４４からバ
ーナ４２へ運ばれる。圧縮機５／Ｉからの圧縮され１、
：空気も導管５８を杼てバーナ／Ｉ２／＼供給される。
バーナ及びＡキシクン１〜ガス人１°１マー小ルト２６
に与えられる空気は蒸気改質装置／’／ ’Ｉ Ｏに入
る燃料と同一の圧力であり、従って各燃料電池スタック
１２を横切るハー力差は最小である１、外側マニホルド
２４．２６．２８及び３０内の圧力（よシステム内の不
可避の圧力低下によつ゛（のみ相違・する。バーナ４２
に導入される空気の吊１Ｊ、バーナ４２からのＩノ＋出
物が実質的に二酸化炭素、窒素及び少量の水のみを含む
ように、水素、−酸化炭素及び他の可燃物の実！′１的
に完全な燃焼を保証するのに丁度十分な量であることが
好ましい。
に与えられる空気は蒸気改質装置／’／ ’Ｉ Ｏに入
る燃料と同一の圧力であり、従って各燃料電池スタック
１２を横切るハー力差は最小である１、外側マニホルド
２４．２６．２８及び３０内の圧力（よシステム内の不
可避の圧力低下によつ゛（のみ相違・する。バーナ４２
に導入される空気の吊１Ｊ、バーナ４２からのＩノ＋出
物が実質的に二酸化炭素、窒素及び少量の水のみを含む
ように、水素、−酸化炭素及び他の可燃物の実！′１的
に完全な燃焼を保証するのに丁度十分な量であることが
好ましい。
オキシダントが燃料電池スタックを通過した後、出ロマ
ニボルド３０からの高温の反応済オキシダントガスは熱
交換器６２を通されて、ボイラ４８に対して熱を与える
。まだかなりの量のエネルギを含んでいる反応済オキシ
ダントカス流はその後にタービン５６をイ」勢するのに
用いられ得る。
ニボルド３０からの高温の反応済オキシダントガスは熱
交換器６２を通されて、ボイラ４８に対して熱を与える
。まだかなりの量のエネルギを含んでいる反応済オキシ
ダントカス流はその後にタービン５６をイ」勢するのに
用いられ得る。
本発明によれば、導性６０からのバーナ排出物の少量は
導管６４に向けられ、プロア６６のようイ１適当な手段
により僅かに圧力を高められる。スタック１０に供給さ
れる反応ガスの圧力よりも少し畠いＤ−力に高められた
このガスは圧力容器１４のガス空間１５内に運ばれ、シ
ール２９を通って反応万スマニ小ルド内に連続的に漏洩
する。
導管６４に向けられ、プロア６６のようイ１適当な手段
により僅かに圧力を高められる。スタック１０に供給さ
れる反応ガスの圧力よりも少し畠いＤ−力に高められた
このガスは圧力容器１４のガス空間１５内に運ばれ、シ
ール２９を通って反応万スマニ小ルド内に連続的に漏洩
する。
前記のようにバーナ排出物は実質的に二酸化炭素、窒素
及び少量の水蒸気のみを含ｌνでいる。窒素は、勿論、
スタック１０内で完全に非反応性且′Ｊｌ腐食性である
。マニホルド内への二酸化炭素の漏洩も、勿論、無害で
ある。何故４ドらば、二酸化炭素は７Ｊ：１−メタン１
ヘガスの必要な成分であり、また燃料電池の燃料ガス側
の燃料電池反応の副生物（゛あるからである。少Ｒ１の
水も）１（（害である。もし、何らかの理由で、バーｔ
４２ ｂｓ ｔらの排出物が許容限痕以上の水素又は
伯の可燃物又は許容限麿以、［の水を含ｌυでいるなら
ば、これらの成分の量を一層減少さけるため、別の追加
的なバーナ及び（又は）凝縮器が導管６４に組込まれ得
る。圧力容４．器内に導入される不活性ガスが約１．０
％までの酸素、約２．０％までの水素及び約１．０％ま
でのメタンを含有づることはＶ１容し得ると信ヒ′られ
る。
及び少量の水蒸気のみを含ｌνでいる。窒素は、勿論、
スタック１０内で完全に非反応性且′Ｊｌ腐食性である
。マニホルド内への二酸化炭素の漏洩も、勿論、無害で
ある。何故４ドらば、二酸化炭素は７Ｊ：１−メタン１
ヘガスの必要な成分であり、また燃料電池の燃料ガス側
の燃料電池反応の副生物（゛あるからである。少Ｒ１の
水も）１（（害である。もし、何らかの理由で、バーｔ
４２ ｂｓ ｔらの排出物が許容限痕以上の水素又は
伯の可燃物又は許容限麿以、［の水を含ｌυでいるなら
ば、これらの成分の量を一層減少さけるため、別の追加
的なバーナ及び（又は）凝縮器が導管６４に組込まれ得
る。圧力容４．器内に導入される不活性ガスが約１．０
％までの酸素、約２．０％までの水素及び約１．０％ま
でのメタンを含有づることはＶ１容し得ると信ヒ′られ
る。
制限因子はシステム効率であり、超過可燃物制限に関Ｊ
るムのではない。
るムのではない。
第２図には、５２５の燃料電池なるスタックを有し、各
燃料電池が約１．４４ｍ１！の作用面積を有Ｊる溶Ｆｌ
ｌ Ｉ；Ａ酸塩燃わ１電池発電プラントの総合効率対す
るスタックマニホルド内への不活性ガス漏洩の影響がグ
ラフて示されている。グラフにマニホルド漏洩はスタッ
ク当り且時間当りｍ３で示されている。各０．０９１１
１３の２０個の燃料電池スタックからなるスタックの試
験で実際に生じた漏洩率をスケールアップすることによ
り、それよりもはるかに大規模な５２５個の燃料電池ス
タックからなるスタックは時間当り約６．９４ｍ’の漏
洩率で漏洩ＪるものとＩＷ定される。グラフから解るよ
うに、６．９４ ｍ１／ｈの漏洩率では、発電プラン１
〜の効率低下はく無凋洩の場合に比べて）１％の１ ／
１０ Ｊ：りも小さい。この漏洩率の３又は４倍の漏
洩率に伴う効率低下も許容し得る。効率低下かこのよう
に小さい理由の一つは、加圧のために用いられる不活性
カス、従ってまたその■ネルキ含有最の殆どがシステム
に失われないことである。本発明の一つの試験では、各
３０．５ｃ＋ｎｘ３０．５ｃｍの方形の２０個の溶融炭
酸塩電解質燃料電池のスタックがｎ４製圧力容器内に収
納された。
燃料電池が約１．４４ｍ１！の作用面積を有Ｊる溶Ｆｌ
ｌ Ｉ；Ａ酸塩燃わ１電池発電プラントの総合効率対す
るスタックマニホルド内への不活性ガス漏洩の影響がグ
ラフて示されている。グラフにマニホルド漏洩はスタッ
ク当り且時間当りｍ３で示されている。各０．０９１１
１３の２０個の燃料電池スタックからなるスタックの試
験で実際に生じた漏洩率をスケールアップすることによ
り、それよりもはるかに大規模な５２５個の燃料電池ス
タックからなるスタックは時間当り約６．９４ｍ’の漏
洩率で漏洩ＪるものとＩＷ定される。グラフから解るよ
うに、６．９４ ｍ１／ｈの漏洩率では、発電プラン１
〜の効率低下はく無凋洩の場合に比べて）１％の１ ／
１０ Ｊ：りも小さい。この漏洩率の３又は４倍の漏
洩率に伴う効率低下も許容し得る。効率低下かこのよう
に小さい理由の一つは、加圧のために用いられる不活性
カス、従ってまたその■ネルキ含有最の殆どがシステム
に失われないことである。本発明の一つの試験では、各
３０．５ｃ＋ｎｘ３０．５ｃｍの方形の２０個の溶融炭
酸塩電解質燃料電池のスタックがｎ４製圧力容器内に収
納された。
このスタックの四つの面の各々にステンレス鋼の反応ガ
スマニホルドが取付けられた。０．２５４Ｃｍの厚みの
ジルコニアファイバのマツ］−がスタックの側面とマニ
ホルドの外縁との間のシール月利として用いられた。反
応ガスは９．８ｂａｒの圧力でマニホルドに供給された
。重ｎｉ比で同ｔｊｉの窒素及び二酸化炭素の不活性ガ
スがバーナ排出ガスをシミ：ル−ｔ−ｉるために用いら
れた。このガスが反応ガスの圧ツノよりも高い２．５／
Ｉ−・７．６２ｃｍＨ２Ｏの圧力て圧力容器内に供給さ
れた、定富作動状態で、燃料電池が約６４９°０の編１
０（゛０動しているとき、不活性ガスは圧力’ｆ”ｆ
’＋？’ｒ ／）”−、＞反応カスマニホルド内に約０
．５１ ｍ１／ｌ＋の’、１度で漏洩ザることか測定
された。これは（ｉ 、 ’／ ！Ｉｒｎ３／ １１
燃料及び１２．１ｍ’／ｈオキシダントの７ニホルド内
への反応カス流に相当する。電力プラントの一部分とし
て使用されるとき、不活性ガスが１記の速疫で反応カス
マニホルド内へ漏洩Ｊることによる発電プラン１〜総合
効率の低−ｉ＝＜、ｔｏ、１％以下である。
スマニホルドが取付けられた。０．２５４Ｃｍの厚みの
ジルコニアファイバのマツ］−がスタックの側面とマニ
ホルドの外縁との間のシール月利として用いられた。反
応ガスは９．８ｂａｒの圧力でマニホルドに供給された
。重ｎｉ比で同ｔｊｉの窒素及び二酸化炭素の不活性ガ
スがバーナ排出ガスをシミ：ル−ｔ−ｉるために用いら
れた。このガスが反応ガスの圧ツノよりも高い２．５／
Ｉ−・７．６２ｃｍＨ２Ｏの圧力て圧力容器内に供給さ
れた、定富作動状態で、燃料電池が約６４９°０の編１
０（゛０動しているとき、不活性ガスは圧力’ｆ”ｆ
’＋？’ｒ ／）”−、＞反応カスマニホルド内に約０
．５１ ｍ１／ｌ＋の’、１度で漏洩ザることか測定
された。これは（ｉ 、 ’／ ！Ｉｒｎ３／ １１
燃料及び１２．１ｍ’／ｈオキシダントの７ニホルド内
への反応カス流に相当する。電力プラントの一部分とし
て使用されるとき、不活性ガスが１記の速疫で反応カス
マニホルド内へ漏洩Ｊることによる発電プラン１〜総合
効率の低−ｉ＝＜、ｔｏ、１％以下である。
本発明をその好ましい実ｔＳ態様についてん２明してき
たが、本発明の範囲内で（の形１１！ｊ及び細部に種々
の変更及び省略が行われ得ることは当梨者にｊ二りＬ１
１！解されよう。
たが、本発明の範囲内で（の形１１！ｊ及び細部に種々
の変更及び省略が行われ得ることは当梨者にｊ二りＬ１
１！解されよう。
第１図は木Ｊ５明による燃料電池システムを一部はブロ
ック図でまた一部（より欠いて示す概要図である。 第２図は燃料電池システムの効率へのマニホルド漏洩の
影響を示すグラフである。 １０・・・燃料電池スタック、１２・・・燃料電池、１
４・・・圧密容器、１５・・・ガス空間、１６〜２２・
・・スタック側面、２４．２６．２８．３０・・・反応
ガスマニホルド、２９・・・シール、３２〜３８・・・
導管。 ４０・・・蒸気改質装置、４２・・・バーナ、４４・・
・凝縮器、４Ｇ・・・導管、４８・・・ボイラ、５０・
・・導管、５４・・・ハニ縮機、５６・・・タービン、
５８．６０・・・導管。 ６２・・・熱交換器、６４・・・導管、６６・・・ブロ
ア特ム′１出願人 ユナイデツド・チクノロシーズ・
コーポレイション
ック図でまた一部（より欠いて示す概要図である。 第２図は燃料電池システムの効率へのマニホルド漏洩の
影響を示すグラフである。 １０・・・燃料電池スタック、１２・・・燃料電池、１
４・・・圧密容器、１５・・・ガス空間、１６〜２２・
・・スタック側面、２４．２６．２８．３０・・・反応
ガスマニホルド、２９・・・シール、３２〜３８・・・
導管。 ４０・・・蒸気改質装置、４２・・・バーナ、４４・・
・凝縮器、４Ｇ・・・導管、４８・・・ボイラ、５０・
・・導管、５４・・・ハニ縮機、５６・・・タービン、
５８．６０・・・導管。 ６２・・・熱交換器、６４・・・導管、６６・・・ブロ
ア特ム′１出願人 ユナイデツド・チクノロシーズ・
コーポレイション
Claims (3)
- （１）燃料電池システムであって、 複数個の燃料電池を含む燃料電池スタックと、前記スタ
ックに取付けられた外側反応ガスマニホルド手段と、 前記ガスマニホルドと前記スタックとの卯に配置された
ガスシール手段と、 第一の圧力で燃料電池反応ガスを前記マニホルド手段内
へ運ぶための手段と を含んでいる燃料電池システムに羨て、前記スタック及
びマニホルド手段を包囲しその間にガス空間を郭定づる
圧力容器ど、 不活性ガスの源と、 前記第一の圧力よりも高い第二のバカで不活性ガスを前
記源から前記圧力容器内の前記／Ｊス空間へ運ぶための
手段とを含んでおり、 前記ガスシール手段がそれを通る３！ｌ！ ｌ／；＋的
なガス漏洩を許すように構成且配置されており、それに
より不活性ガスが前記ガスシール手段を通じて前記ガス
空間から前記反応ガスマニホルド手段へ連続的に漏洩す
る ことを特徴とする燃料電池システム。 - （２）燃料電池システムであって、 それぞれ溶融炭酸塩電解質を含む複数個の燃料電池を含
む燃料電池スタックと、 前記スタックに取付けられており、燃料を前記燃料電池
に運ぶための燃料ガス入口マニホルドと、反応流燃料を
前記燃料電池から受入れるための燃料ガス出口マニホル
ドと、オキシダントを前記燃料電池に運、Ｓ（ためのオ
キシダントガス入口マニホルドと、反応済オキシダント
を前記燃料電池から受入れるためのオキシダントガス出
口マニホルドとを含んでいる外側反応ガスマニホルド、
手段と、前記ガスマニホルド手段と前記スタックとの間
に配置されたガスシール手段と、 第一の圧力で燃料ガスを前記燃料入口マニホルド内へま
た前記第一の圧力でオキシダントを前記Ａキシダント入
ロマニホルド内へ運ぶＩこめの手段と、 反応済燃料ガスの少なくとも一部分４萌１ｉ１３燃斜出
ロマニホルドｈ白ら前記オキシダン１−人「１マニホル
ドへ運ぶための手段と を含んでいる燃料電池システムに於て、前記スタック及
びマニホルド手段を包囲しておりイの間にガス空間を郭
定する圧ノｊ容器と、バーナ手段と、 不活性カスを生成するべく廃応演燃料ガスの少なくとも
一部分を前記燃利出ロマニホルドｆｐ ｔら前記バーナ
手段へ運ぶための手段と、１１う記第−の圧力よりも高
い第二の圧力で不活性ガスの少なくとも一部分を前記バ
ーナ手段から１１う記月力容器内の前記ガス空間へ運ぶ
ための手段とを含／ｕでおり、前記ガスシール手段がそ
れを通る連続的なガス漏洩を許ずように構成且配置され
てＪｊす、それにＪ、り不活性ガスが前記圧ツノ容器内
の前記ガス空間から前記ガスシール手段を通って前記燃
ｒ１及びオキシダント入口及び出口マニホルドへ連続的
に漏洩する ことを特徴とりる燃料電池システム。 - （３）複数個の燃料電池を含む燃料電池スタックと、燃
料及びオキシダント反応カスをスタックの燃料電池へ運
ぶため且反応済燃料及びオキシダント反応カスをスタッ
クの燃わｌ電池から受入れるためスタックの側面に取付
けられた燃料及びオキシダント反応ガス入口及び出口マ
ニホルドどを含んでおり、マニホルド及びスタック内の
反応物は第一の圧力にあり、またスタックはそれを包囲
するガス空間を郭定する圧力容器内に配置されている燃
料電池システムの作動方法に於て、 不活性ガスを前記第一の圧力よりも高い第二の圧力で前
記ガス空間内へ連続的に供給すろ過程と、不活性カスを
ガス空間から反応ガスマニホルド内へ連続的に漏洩させ
る過程ど を含んでいることを特徴とする燃料電池システムの作動
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US43147382A | 1982-09-30 | 1982-09-30 | |
| US431473 | 1982-09-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5986162A true JPS5986162A (ja) | 1984-05-18 |
Family
ID=23712104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58182972A Pending JPS5986162A (ja) | 1982-09-30 | 1983-09-30 | 燃料電池システム及びその作動方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5986162A (ja) |
| DE (1) | DE3333378A1 (ja) |
| FR (1) | FR2534072A1 (ja) |
| GB (1) | GB2128013A (ja) |
| NL (1) | NL8303163A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS628464A (ja) * | 1985-07-05 | 1987-01-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS63126173A (ja) * | 1986-11-14 | 1988-05-30 | Japan Fuel Technol Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2564249B1 (fr) * | 1984-05-11 | 1986-09-12 | Alsthom Atlantique | Amenagements aux structures des piles a combustible |
| FR2568412B1 (fr) * | 1984-07-27 | 1986-10-17 | Occidental Chem Co | Perfectionnements aux structures des piles a combustible. |
| US4640875A (en) * | 1985-02-07 | 1987-02-03 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator containing a gas sealing means |
| CA1312648C (en) * | 1988-12-22 | 1993-01-12 | Richard F. Buswell | Fuel cell power plant |
| DE4308780C1 (de) * | 1993-03-19 | 1994-11-17 | Daimler Benz Ag | Anordnung zum Anschließen von Stapeln von Hochtemperaturbrennstoffzellen |
| DE4425186C1 (de) * | 1994-07-16 | 1996-03-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung |
| DE19517042C1 (de) * | 1995-05-10 | 1996-12-05 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung |
| DE19712864C2 (de) * | 1997-03-27 | 2002-12-19 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung mit internen und externen Gasverteilungsvorrichtungen |
| US7348085B2 (en) | 2000-09-27 | 2008-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel cell installation |
| DE10346852A1 (de) * | 2003-10-09 | 2005-05-19 | Rag Ag | Brennstoffzelle im untertätigen Bergbau |
| US20050175519A1 (en) | 2004-02-06 | 2005-08-11 | Rogers William A.Jr. | Microchannel compression reactor |
| EP1745524B1 (en) * | 2004-05-05 | 2011-08-03 | Ansaldo Fuel Cells S.p.A. | Differential pressure control method for molten carbonates fuel cell power plants |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2570543A (en) * | 1950-06-17 | 1951-10-09 | Consolidation Coal Co | Conversion of carbon to electrical energy |
| US2581650A (en) * | 1951-08-31 | 1952-01-08 | Consolidation Coal Co | Method of converting carbon to electrical energy |
| US3282733A (en) * | 1961-03-30 | 1966-11-01 | Leesona Corp | Process of operating a fuel cell utilizing inert gas to maintain pressure differental |
| US4041210A (en) * | 1976-08-30 | 1977-08-09 | United Technologies Corporation | Pressurized high temperature fuel cell power plant with bottoming cycle |
| JPS56160774A (en) * | 1980-05-16 | 1981-12-10 | Hitachi Ltd | Fuel cell |
| JPS5750774A (en) * | 1980-09-10 | 1982-03-25 | Hitachi Ltd | Fuel cell protecting apparatus |
| JPS57205971A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-17 | Hitachi Ltd | Operating method of fuel cell |
| US4414294A (en) * | 1982-09-27 | 1983-11-08 | The United States Of America As Represented By The U.S. Department Of Energy | Electrically insulating and sealing frame |
-
1983
- 1983-09-02 GB GB08323548A patent/GB2128013A/en not_active Withdrawn
- 1983-09-14 NL NL8303163A patent/NL8303163A/nl not_active Application Discontinuation
- 1983-09-15 DE DE19833333378 patent/DE3333378A1/de not_active Withdrawn
- 1983-09-29 FR FR8315497A patent/FR2534072A1/fr not_active Withdrawn
- 1983-09-30 JP JP58182972A patent/JPS5986162A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS628464A (ja) * | 1985-07-05 | 1987-01-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS63126173A (ja) * | 1986-11-14 | 1988-05-30 | Japan Fuel Technol Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2128013A (en) | 1984-04-18 |
| GB8323548D0 (en) | 1983-10-05 |
| DE3333378A1 (de) | 1984-04-05 |
| FR2534072A1 (fr) | 1984-04-06 |
| NL8303163A (nl) | 1984-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6616054B1 (ja) | 燃料電池システム及び複合発電システム並びに燃料電池システムの制御方法 | |
| EP2244327B1 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
| US5573867A (en) | Purge gas protected transportable pressurized fuel cell modules and their operation in a power plant | |
| JP6472638B2 (ja) | 複合発電システム、その制御装置及び方法並びにプログラム | |
| EP0550892B1 (en) | Power generation plant including fuel cell | |
| JPS5986162A (ja) | 燃料電池システム及びその作動方法 | |
| US10381665B2 (en) | Device and method for heating fuel cell stack and fuel cell system having the device | |
| JP2005509261A (ja) | 燃料電池燃料処理システムのための停止方法 | |
| JP2000501227A (ja) | 高温燃料電池設備の運転方法及び高温燃料電池設備 | |
| EP2751862A1 (en) | A ventilation arrangement and method for high temperature fuel cell system | |
| JP5980144B2 (ja) | 発電システム、発電システムの運転方法、及び制御装置 | |
| JP6946490B2 (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
| US8916302B2 (en) | Method and apparatus for improving water balance in fuel cell power unit | |
| JP4570904B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システムのホットスタンバイ法及びそのシステム | |
| JP2014137977A (ja) | 発電システム | |
| EP2190052A1 (en) | Fuel cell system | |
| RU2391749C1 (ru) | Энергетическая установка для самолета с использованием топливных элементов | |
| US20030207163A1 (en) | System for generating electricity | |
| JP2021136173A (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
| JP6012485B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2882019B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS59149664A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JPS63121266A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2004247117A (ja) | 燃料電池発電プラントの差圧制御装置 | |
| JPS6182678A (ja) | 燃料電池発電システム |