JPS5973858A - 燃料電池発電システムの作動方式 - Google Patents
燃料電池発電システムの作動方式Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は燃料電池発電システム、特に電池休止時の保温
用及び始動時の昇温用熱源として蓄熱槽を備えた発電シ
ステムの作動方式に関するものである。
用及び始動時の昇温用熱源として蓄熱槽を備えた発電シ
ステムの作動方式に関するものである。
背景技術
一般ｆこ燃料電池発電システムは、炭化水素系燃料を水
素り・リチガスに変換する改質器と、この水素す・リチ
ガスと空気とを反応させ゛Ｃ電気エネルギーを発生する
電池スタ・リフと、発生した直流電流を交流電流に変換
するインバータとから構成されている。
素り・リチガスに変換する改質器と、この水素す・リチ
ガスと空気とを反応させ゛Ｃ電気エネルギーを発生する
電池スタ・リフと、発生した直流電流を交流電流に変換
するインバータとから構成されている。
この発電システムを作動する場合、改質器及び電池スタ
・リフを夫々規定の適正温度（こもたらすことか必要で
あるが、始動時これら改質器及び電池スタ・リフは作動
適正温度よりはるかに低い温度にある。この低温度から
作動適正温度まで昇温する方法として、従来より種々の
提案かなされているつ第１の方法として改質器で生成し
た温度の高い水素り・リチガスを電池スタ・リフに供給
してスタック温度を上昇させるものは、スタック温度が
１２０゜〜１３０℃以上の場合問題はないが、これ以下
では水素す・リチガス中に微僅含まれている−酸化炭素
（ＣＯ）の影響で電極触媒能が劣化するという問題があ
る。
・リフを夫々規定の適正温度（こもたらすことか必要で
あるが、始動時これら改質器及び電池スタ・リフは作動
適正温度よりはるかに低い温度にある。この低温度から
作動適正温度まで昇温する方法として、従来より種々の
提案かなされているつ第１の方法として改質器で生成し
た温度の高い水素り・リチガスを電池スタ・リフに供給
してスタック温度を上昇させるものは、スタック温度が
１２０゜〜１３０℃以上の場合問題はないが、これ以下
では水素す・リチガス中に微僅含まれている−酸化炭素
（ＣＯ）の影響で電極触媒能が劣化するという問題があ
る。
又第２の方法として、電池反応熱を利用してスタ・リフ
を加熱するものは、前記第１の方法と同様水素り・リチ
ガス中のＣＯの影響による触媒能の劣化の問題からスタ
・リフ温度が１２０〜１３０℃以十の場合にしか利用で
きない。
を加熱するものは、前記第１の方法と同様水素り・リチ
ガス中のＣＯの影響による触媒能の劣化の問題からスタ
・リフ温度が１２０〜１３０℃以十の場合にしか利用で
きない。
第３お方法として、電池スタ・リフおよび改質器に取付
けたヒーターや電池スタ・リフの空気循還路に設けたヒ
ーターで加温するものは系外の電源を必要とする。
けたヒーターや電池スタ・リフの空気循還路に設けたヒ
ーターで加温するものは系外の電源を必要とする。
又第４の方法として、電、池スタ・リフの冷却用熱交換
器を逆に作動させ冷却水の代りにスチームや高温水を送
って、加温するものも、系外からの熱源を必要とする。
器を逆に作動させ冷却水の代りにスチームや高温水を送
って、加温するものも、系外からの熱源を必要とする。
電池スタ・リフ温度を１２０〜１３０℃から適正作動温
度の１８０℃前後まで上昇させる場合、前記第１及び第
２の方法を利用できるが、室温に近い温度から１２０〜
１３０℃まで昇温させるには、第１、第２の方法は触媒
能劣化の点から利用できず、第３及び第４の方法によら
ねばならない。この第３、第４の方法はいづれも系外の
電源や熱源（例えば燃料ガス）より熱エネルギーを巧え
る必要かある。
度の１８０℃前後まで上昇させる場合、前記第１及び第
２の方法を利用できるが、室温に近い温度から１２０〜
１３０℃まで昇温させるには、第１、第２の方法は触媒
能劣化の点から利用できず、第３及び第４の方法によら
ねばならない。この第３、第４の方法はいづれも系外の
電源や熱源（例えば燃料ガス）より熱エネルギーを巧え
る必要かある。
燃料電池発電システムを長期間連続作動させる場合、始
動時の昇温（常温から１２０〜ｉ６ｏ℃）のためのエネ
ルギーは相対的に小さいか、間欠放電を行う場合には、
大きなものとなる。又休止中リン酸電解質は約２０℃以
下で結晶化するので安全度を見て、常に６０℃以上番こ
なるよう、電池スタ・リフを保温する必要かあり、この
保温用のエネルギーも系外から取らざるを得ない。
動時の昇温（常温から１２０〜ｉ６ｏ℃）のためのエネ
ルギーは相対的に小さいか、間欠放電を行う場合には、
大きなものとなる。又休止中リン酸電解質は約２０℃以
下で結晶化するので安全度を見て、常に６０℃以上番こ
なるよう、電池スタ・リフを保温する必要かあり、この
保温用のエネルギーも系外から取らざるを得ない。
このようφこ従来の燃料重油発電システムは系外からの
エーネルギーに依存する所か大きい（ごもかかわらず、
規在発電システムの作動中のエネルギー効率ばかりが問
題にされ、休止時及び始動時を含む全体のエネルギー効
率は余り考慮されていない。
エーネルギーに依存する所か大きい（ごもかかわらず、
規在発電システムの作動中のエネルギー効率ばかりが問
題にされ、休止時及び始動時を含む全体のエネルギー効
率は余り考慮されていない。
特（こ間欠放電を行う発電システムにおいて、昇温時間
の短縮が重要な問題であり、これを短縮しようとすれば
系外から多くのエネルギーを与えてやる必要がある。そ
のため系外からのエネルギーを含めた発電システムのト
ータルエネルギー効率は低下り−るという欠点かあ−っ
た。
の短縮が重要な問題であり、これを短縮しようとすれば
系外から多くのエネルギーを与えてやる必要がある。そ
のため系外からのエネルギーを含めた発電システムのト
ータルエネルギー効率は低下り−るという欠点かあ−っ
た。
発明の開示
本発明は、発電システム系内に電池スタ・、り及び燃料
改質器の各排熱を回収貯蔵する蓄熱槽を設け、前記蓄熱
槽から取出した熱により、電池休止中及び始動時スタ・
リフと改質器を夫々保温及び昇温せしめ、発電システム
系外のエネルギーに依存する割合を大巾に減少させ、発
′ｒにシステムの総給エネルギー効率の向上を図るもの
である。
改質器の各排熱を回収貯蔵する蓄熱槽を設け、前記蓄熱
槽から取出した熱により、電池休止中及び始動時スタ・
リフと改質器を夫々保温及び昇温せしめ、発電システム
系外のエネルギーに依存する割合を大巾に減少させ、発
′ｒにシステムの総給エネルギー効率の向上を図るもの
である。
実施例
一本発明による発電システムを図Ｉこつぃて説明吏る。
（１）は多数の単位セルを含む空冷式燃料電池スタック
、（２）は電池スタ・リフ（１）ｌこより発電したＩ）
Ｃ電流をＡＣ電流に変防するインバータ、（３）は炭
化水素系燃料と水蒸気を反応させて水素り・リチガス（
水素的８０９６）を生成する燃料改質器である。
、（２）は電池スタ・リフ（１）ｌこより発電したＩ）
Ｃ電流をＡＣ電流に変防するインバータ、（３）は炭
化水素系燃料と水蒸気を反応させて水素り・リチガス（
水素的８０９６）を生成する燃料改質器である。
電池スタ・リフ（１）の作動は周知のようにブロワ（４
）で供給された空気と改質器（３）からの水素り・リチ
ガスで電池反応が行われるが、スタックからの導出空気
はダンパー（５）の調整により排気路（６）と循環１割
（７）に分配されると共に、排出空気に見合った新鮮空
気を外部より導入し、スタ・リフの冷却と酸素分圧の補
償を行う。
）で供給された空気と改質器（３）からの水素り・リチ
ガスで電池反応が行われるが、スタックからの導出空気
はダンパー（５）の調整により排気路（６）と循環１割
（７）に分配されると共に、排出空気に見合った新鮮空
気を外部より導入し、スタ・リフの冷却と酸素分圧の補
償を行う。
（８）及び（９）は夫々スタ・リフ（１）の排気路（６
）及び改質器（３）のバーナー排熱路（１０）に設けた
排熱回収器、０１）及び（１２）は電池スタ・リフ（１
）及び改質器（３）の加熱用熱交換コイル、０１）はス
タ・リフ（１）の空気供給路に介在する熱交換コイルで
ある。
）及び改質器（３）のバーナー排熱路（１０）に設けた
排熱回収器、０１）及び（１２）は電池スタ・リフ（１
）及び改質器（３）の加熱用熱交換コイル、０１）はス
タ・リフ（１）の空気供給路に介在する熱交換コイルで
ある。
０３）は蓄熱材（１４）を充填した蓄熱槽で、前記各排
熱回収器（８）（９）の排熱を導入する熱交換コイル（
１５ａ）と、前記スタ・リフ及び改質器の各熱交換コイ
ル（１］）０１）及び（１２）へ槽内の蓄熱を導出する
熱交換コイル（１５ｂ）が内設されている。前記導入用
熱交換コイル（１５ａ）を含む排熱回収管路（１６）
ｌこは循環ポンプ（１ηと各排熱回収器（８）（９）に
対応するバルブ（１８ａ）（１８ｂ）を有し、又前記導
出用熱交換コイル（１５ｂ）を含む蓄熱送出管路０９）
には、循環ポンプ（２０）とスタ・リフ及び改質器の各
熱交換コイルＱｌ）（１１）及び（１２）に対応するバ
ルブ（２１ａ）（２１ｂ）及び（２１Ｃ）を有す、る。
熱回収器（８）（９）の排熱を導入する熱交換コイル（
１５ａ）と、前記スタ・リフ及び改質器の各熱交換コイ
ル（１］）０１）及び（１２）へ槽内の蓄熱を導出する
熱交換コイル（１５ｂ）が内設されている。前記導入用
熱交換コイル（１５ａ）を含む排熱回収管路（１６）
ｌこは循環ポンプ（１ηと各排熱回収器（８）（９）に
対応するバルブ（１８ａ）（１８ｂ）を有し、又前記導
出用熱交換コイル（１５ｂ）を含む蓄熱送出管路０９）
には、循環ポンプ（２０）とスタ・リフ及び改質器の各
熱交換コイルＱｌ）（１１）及び（１２）に対応するバ
ルブ（２１ａ）（２１ｂ）及び（２１Ｃ）を有す、る。
前記排熱回収管路（１６）及び蓄熱送出管路（１ｇ）を
流れる熱媒体としては、２０００ 前接の非点をもつ
例えばエチレングリコールか適当であり、水を用いる場
合は管路（１Ｇ）ｆｉ９）内を４〜５気圧に高めて２０
０℃前後でも蒸気化することなく液体状態に保つ必要が
ある。
流れる熱媒体としては、２０００ 前接の非点をもつ
例えばエチレングリコールか適当であり、水を用いる場
合は管路（１Ｇ）ｆｉ９）内を４〜５気圧に高めて２０
０℃前後でも蒸気化することなく液体状態に保つ必要が
ある。
又、蓄熱槽α３）内の蓄熱材０ａとして、前記エチレン
グリコールも用いうるが、各種の共融混合物、例えば三
成分系ｃｙ）ＫＮＯ３−ＬｉＮＯ３−ＮａＮ０３ や二
成分系のＮａＣＬ−ＮａＮＯ３，ＣａＣＬ２−ＬｉＮ０
３などが適当である。これら共融混合物は常温で固体で
あるが１２０℃〜２８０℃で溶融して蓄熱するので、蓄
熟温度番こより適宜選定し得ると共に蓄熱能が良好であ
る。
グリコールも用いうるが、各種の共融混合物、例えば三
成分系ｃｙ）ＫＮＯ３−ＬｉＮＯ３−ＮａＮ０３ や二
成分系のＮａＣＬ−ＮａＮＯ３，ＣａＣＬ２−ＬｉＮ０
３などが適当である。これら共融混合物は常温で固体で
あるが１２０℃〜２８０℃で溶融して蓄熱するので、蓄
熟温度番こより適宜選定し得ると共に蓄熱能が良好であ
る。
次に本発明発電システムの作動について説明する。
電池が正常運転状態にあるとき、電池スタ、り（１）の
排熱（約１９０℃）及び改質器（３）の排熱（約３００
℃）は、夫々熱回収器（８１（９１と蓄熱槽の熱交換コ
イル（１５ａ）とを結ぶ熱回収管路０６）内を循環する
熱媒体により、蓄熱槽（Ｉ３）内の蓄熱材（１４）に貯
蔵され、槽内が所定温度、例えば１７０℃に達するとバ
ルブ（１８ａ）（１８ｂ）を閉じて排熱の貯蔵を停止す
る。この場合排熱は図示しない管路に切換えられて他の
熱源に利用してもよい。長期運転中、蓄熱槽（３）の温
度が所定値より低下すれば再びバルブ（１ｓａ）（１８
ｂ）を開いて排熱の貯蔵に切換えられる。このよう番こ
して、蓄熱槽０３）］りは１１７０℃前の温度に保たれ
る。
排熱（約１９０℃）及び改質器（３）の排熱（約３００
℃）は、夫々熱回収器（８１（９１と蓄熱槽の熱交換コ
イル（１５ａ）とを結ぶ熱回収管路０６）内を循環する
熱媒体により、蓄熱槽（Ｉ３）内の蓄熱材（１４）に貯
蔵され、槽内が所定温度、例えば１７０℃に達するとバ
ルブ（１８ａ）（１８ｂ）を閉じて排熱の貯蔵を停止す
る。この場合排熱は図示しない管路に切換えられて他の
熱源に利用してもよい。長期運転中、蓄熱槽（３）の温
度が所定値より低下すれば再びバルブ（１ｓａ）（１８
ｂ）を開いて排熱の貯蔵に切換えられる。このよう番こ
して、蓄熱槽０３）］りは１１７０℃前の温度に保たれ
る。
電池の運転休止中電池スタ・リフ（１）及び改質器（３
）を約１００℃程度に保温することが電池電解質の変質
を防止すると共に始動時の立上りを短縮するため必要で
あるが、この場合はバルブ（２１ａ）（２１０）を開く
と共に循環ポンプ（イ）を駆動し、熱交換コイを循環供
給して保温が行われる。ついで電池の始動時には、前記
保温時と同様、スタ・リフ（１）及び改質器（３）の各
熱交換コイル（１１）及び柩に熱媒体を供給してこれら
を保温温度以上に昇温する。これと同本発明４ごよれは
、発電システム系内に電池スタ・リフ及び燃料改質器の
排熱を回収貯蔵する蓄熱槽を設け、この蓄熱槽から取出
した熱により、スタ・リフ及び改質器を電池休止中に保
温すると共に電池始動時に電池反応可能な温度迄昇温せ
しめるものであるから、休止中の保温及び始動時の昇温
のために系外の電源や熱源を全く不用とするか系外から
のエネルギーに依存する割合を大巾に減少させ、発電シ
ステムの総合エネルギー効率を向上すると共に電池のス
タードア・リプ時間を短縮することができる。
）を約１００℃程度に保温することが電池電解質の変質
を防止すると共に始動時の立上りを短縮するため必要で
あるが、この場合はバルブ（２１ａ）（２１０）を開く
と共に循環ポンプ（イ）を駆動し、熱交換コイを循環供
給して保温が行われる。ついで電池の始動時には、前記
保温時と同様、スタ・リフ（１）及び改質器（３）の各
熱交換コイル（１１）及び柩に熱媒体を供給してこれら
を保温温度以上に昇温する。これと同本発明４ごよれは
、発電システム系内に電池スタ・リフ及び燃料改質器の
排熱を回収貯蔵する蓄熱槽を設け、この蓄熱槽から取出
した熱により、スタ・リフ及び改質器を電池休止中に保
温すると共に電池始動時に電池反応可能な温度迄昇温せ
しめるものであるから、休止中の保温及び始動時の昇温
のために系外の電源や熱源を全く不用とするか系外から
のエネルギーに依存する割合を大巾に減少させ、発電シ
ステムの総合エネルギー効率を向上すると共に電池のス
タードア・リプ時間を短縮することができる。
第１図は本発明燃料電池発電システムの経路図、虹２図
は同上の他実施例を示す要部概要図である。 （１）・・・電池スタ・Ｖり、（３）・・・燃料改質器
、（８１、（９１排熱回収器、（１１） 、 （１１）
・・・スタ・υり用熱交換コイル、（１２）・・・改質
器用熱交換コイル、（１３）・・・蓄熱槽、０４）、α
ａ・・・蓄熱材、（１５ａ）、、（１５ｂ）−・・熱交
換コイル、＋ｌ［ｉ） ｒ循環ポンプ、（２３）・・・
水素ボンベ。
は同上の他実施例を示す要部概要図である。 （１）・・・電池スタ・Ｖり、（３）・・・燃料改質器
、（８１、（９１排熱回収器、（１１） 、 （１１）
・・・スタ・υり用熱交換コイル、（１２）・・・改質
器用熱交換コイル、（１３）・・・蓄熱槽、０４）、α
ａ・・・蓄熱材、（１５ａ）、、（１５ｂ）−・・熱交
換コイル、＋ｌ［ｉ） ｒ循環ポンプ、（２３）・・・
水素ボンベ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■ 電池作動中電池スタ・リフ及び燃料改質器のの各排
熱を蓄熱槽に回収貯蔵し、前記蓄熱槽から取出した熱に
より前記スタ・リフ及び改質器を電池休止中保温すると
共に、電池始動時に電池反応可能な温度まで昇温せしめ
ることを特徴とする燃料重油発電システムの作動方式。 ■ 前記蓄熱槽内には金属水素化物が充填され、前記排
熱による加熱で前記金属水素化物より脱離する水素を貯
蔵するボンベを備え、前記保温及び昇温時には、前記ボ
ンベ内の水素を蓄熱槽内に送り、水素吸蔵反応により発
生した熱を用い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の作動方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57184904A JPS5973858A (ja) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | 燃料電池発電システムの作動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57184904A JPS5973858A (ja) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | 燃料電池発電システムの作動方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5973858A true JPS5973858A (ja) | 1984-04-26 |
Family
ID=16161358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57184904A Pending JPS5973858A (ja) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | 燃料電池発電システムの作動方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5973858A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001118593A (ja) * | 1999-08-06 | 2001-04-27 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2001126742A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| WO2001048848A3 (de) * | 1999-12-23 | 2002-04-25 | Emitec Emissionstechnologie | Brennstoffzellenanlage als antriebseinheit für ein fahrzeug |
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