Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH06196185A - Fuel cell power plant - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH06196185A - Fuel cell power plant - Google Patents

Fuel cell power plant

Info

Publication number
JPH06196185A
JPH06196185A JP4344431A JP34443192A JPH06196185A JP H06196185 A JPH06196185 A JP H06196185A JP 4344431 A JP4344431 A JP 4344431A JP 34443192 A JP34443192 A JP 34443192A JP H06196185 A JPH06196185 A JP H06196185A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
battery
gas distribution
fuel
stacks
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
Application number
JP4344431A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taiji Kogami
泰司 小上
Sanji Ueno
三司 上野
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4344431A priority Critical patent/JPH06196185A/en
Publication of JPH06196185A publication Critical patent/JPH06196185A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池スタックにおけるガス流通系の構成を改
良し、特に、電解質の外部搬出を防止することにより、
長期にわたって高い電池特性を維持することの可能な実
用性の高い燃料電池発電プラントを提供する。 【構成】 単位セルを、セパレータまたは冷却板を介し
て複数積層して構成した電池スタックA,Bを、複数本
有する。電池スタックA,Bに、それぞれ、燃料ガス流
通用のガス流通ライン(31,A,33,B,32)と
酸化剤ガス流通用のガス流通ライン(34,A,36,
B,35)を設ける。複数本の電池スタックのうち、少
なくとも2本以上の電池スタックA,Bのガス流通ライ
ンを直列に接続する。具体的には、一定時間ごとにガス
流の方向を逆転し、かつ、ガス流の方向に応じて、下流
側の電池スタックを上流側の電池スタックよりも低い温
度で運転する。
(57) [Abstract] [Purpose] By improving the configuration of the gas flow system in the battery stack, and in particular by preventing the electrolyte from being carried out,
A highly practical fuel cell power plant capable of maintaining high cell characteristics for a long period of time. [Structure] A plurality of battery stacks A and B each including a plurality of unit cells stacked with a separator or a cooling plate interposed therebetween are provided. A gas distribution line (31, A, 33, B, 32) for fuel gas distribution and a gas distribution line (34, A, 36, for oxidant gas distribution) in the cell stacks A and B, respectively.
B, 35). The gas distribution lines of at least two or more battery stacks A and B among the plurality of battery stacks are connected in series. Specifically, the direction of the gas flow is reversed at regular intervals, and the battery stack on the downstream side is operated at a temperature lower than that of the battery stack on the upstream side according to the direction of the gas flow.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電プラント
に係り、特に、ガス流通系の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power plant, and more particularly to improvement of a gas distribution system.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料の有しているエネルギーを直接電気
エネルギーに変換する装置として、燃料電池が知られて
いる。この燃料電池は、通常、電解質保持層を挟んで一
対の電極を配置すると共に、一方の電極の背面に水素な
どの燃料ガスを接触させ、他方の電極の背面に酸素など
の酸化剤ガスを接触させ、このときに起こる電気化学的
反応を利用して、一対の電極から電気エネルギーを取り
出すように構成したものである。
2. Description of the Related Art A fuel cell is known as a device for directly converting the energy of a fuel into electric energy. In this fuel cell, usually, a pair of electrodes are arranged with an electrolyte holding layer sandwiched between them, a fuel gas such as hydrogen is brought into contact with the back surface of one electrode, and an oxidant gas such as oxygen is brought into contact with the back surface of the other electrode. The electrochemical reaction that takes place at this time is utilized to take out electrical energy from the pair of electrodes.

【0003】また、この燃料電池において、電解質保持
層は、耐電解質性の微粒子または繊維質シートからなる
多孔質性のマトリックス基体中にリン酸などの電解質を
含浸、保持させて形成されている。この電解質保持層
は、電極の電気化学反応に伴なう電極間のイオン伝達の
役割を果たすことに加えて、各電極に供給される燃料ガ
スと酸化剤ガスが混合しないように、これらの反応ガス
を互いに分離する役割を果たすものである。
Further, in this fuel cell, the electrolyte retaining layer is formed by impregnating and retaining an electrolyte such as phosphoric acid in a porous matrix substrate made of electrolyte resistant fine particles or a fibrous sheet. This electrolyte holding layer plays a role of ion transfer between the electrodes involved in the electrochemical reaction of the electrodes, and in addition, the fuel gas and the oxidant gas supplied to each electrode are prevented from being mixed with each other so that they are not mixed with each other. It serves to separate the gases from each other.

【0004】以上のような構成を有する燃料電池におい
ては、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されている限
り、高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことがで
きるが、一般的に、一枚の電池(単位セル)の出力電圧
は小さい(0.8V程度)ため、実用機では、複数の単
位セルを直列に積層して電池スタックを形成しており、
近年の電力需要の増大に伴ない、2本以上の電池スタッ
クを使用する燃料電池発電プラントの開発・実用化が進
められている。
In the fuel cell having the above-mentioned structure, as long as the fuel gas and the oxidant gas are supplied, the electric energy can be taken out with high conversion efficiency, but in general, one cell ( Since the output voltage of a unit cell is small (about 0.8 V), in a practical machine, a plurality of unit cells are stacked in series to form a battery stack.
Along with the recent increase in power demand, fuel cell power generation plants using two or more cell stacks are being developed and put into practical use.

【0005】図4は、このような2本以上の電池スタッ
クを有する燃料電池発電プラントについて従来提案され
ているガス流通ラインの構成の一例を示す配管図であ
る。すなわち、図中右と左に並べて配置された2本の電
池スタックA,Bの4方には、それぞれ、ガス流通用の
マニホールド1〜4,11〜14が設けられている。そ
して、これらの電池スタックA,Bの配列ライン方向の
片側(図中左側)に位置するマニホールド3,13に、
燃料ガス供給配管5,15がそれぞれ接続されるととも
に、マニホールド3,13に対向するマニホールド1,
11に、燃料ガス排出配管6,16がそれぞれ接続され
ている。また、2本の電池スタックA,Bの配列ライン
を挟んで対向する両側のマニホールド(2,4),(1
2,14)のうちの同じ側のマニホールド4,14に、
酸化剤ガス供給配管7,17がそれぞれ接続されるとと
もに、反対側のマニホールド2,12に、酸化剤ガス排
出配管8,18がそれぞれ接続されている。
FIG. 4 is a piping diagram showing an example of the structure of a gas distribution line conventionally proposed for a fuel cell power plant having two or more cell stacks. That is, gas distribution manifolds 1 to 4 and 11 to 14 are provided on the four sides of the two battery stacks A and B arranged side by side on the right and left sides in the drawing, respectively. Then, in the manifolds 3 and 13 located on one side (left side in the drawing) of the battery stacks A and B in the arrangement line direction,
Manifold 1, which is connected to the fuel gas supply pipes 5, 15 and faces the manifolds 3, 13
The fuel gas discharge pipes 6 and 16 are connected to 11, respectively. In addition, the manifolds (2, 4), (1) on both sides facing each other with the arrangement line of the two battery stacks A and B interposed therebetween are provided.
2,14) on the same side of manifolds 4,14,
The oxidant gas supply pipes 7 and 17 are connected to each other, and the oxidant gas discharge pipes 8 and 18 are connected to the manifolds 2 and 12 on the opposite side, respectively.

【0006】このような配管構成により、各電池スタッ
クA,Bに供給される燃料ガス流21は、図中矢印で示
すように、各電池スタックA,Bごとに、これらの電池
スタックA,Bの配列ラインに沿って、図中左側から図
中右側に向かって個別に流れることになる。また、各電
池スタックA,Bに供給される酸化剤ガス流22は、図
中矢印で示すように、各電池スタックA,Bごとに、こ
れらの電池スタックA,Bの配列ラインに直交する形
で、互いに平行かつ個別に流れることになる。なお、図
4に示すように、電池スタックA,Bは、例えば、約2
00℃程度で運転することが想定されている。
With such a piping structure, the fuel gas flow 21 supplied to each of the cell stacks A and B is supplied to each of the cell stacks A and B as indicated by an arrow in the figure. Along the arrangement line of, the flow individually from the left side of the figure to the right side of the figure. Further, the oxidant gas flow 22 supplied to each of the battery stacks A and B has a shape that is orthogonal to the arrangement line of the battery stacks A and B for each of the battery stacks A and B, as shown by the arrow in the figure. Then, they will flow in parallel and individually. As shown in FIG. 4, the battery stacks A and B have, for example, about 2
It is assumed to operate at about 00 ° C.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図4に示し
たような従来の燃料電池発電プラントにおいては、数万
時間の長期運転を行った場合、単位セル内部の電解質が
大幅に消失し、電池特性が著しく低下するという問題が
生じる。この点について、以下に説明する。
By the way, in the conventional fuel cell power generation plant as shown in FIG. 4, when a long-term operation of tens of thousands of hours is performed, the electrolyte inside the unit cell largely disappears, and the battery There arises a problem that the characteristics are significantly deteriorated. This point will be described below.

【0008】すなわち、燃料電池の電解質保持層は、前
述の通り、電極の電気化学反応に伴なう電極間のイオン
伝達の役割を果たすことに加えて、各電極に供給される
燃料ガスと酸化剤ガスが混合しないように、これらの反
応ガスを互いに分離する役割を果たすものである。この
電解質保持層の気孔に電解質が十分に含浸されていれば
問題はないが、含浸されている電解質の量が少なくなる
とイオン伝導の抵抗が大きくなり、反応ガスの対極への
リーク(クロスオーバ)が発生し、単位セルの電圧が大
きく低下する。最悪の場合には、爆発を生じる可能性も
ある。したがって、マトリックス層中の電解質の量を一
定以上に維持することは、電池の高性能を維持する上で
も、また、電池の安全運転を保証する上でも極めて重要
である。
That is, as described above, the electrolyte holding layer of the fuel cell plays a role of ion transfer between the electrodes accompanying the electrochemical reaction of the electrodes, and in addition to the fuel gas supplied to each electrode and the oxidation. It serves to separate these reaction gases from each other so that the agent gases are not mixed. There is no problem if the pores of this electrolyte holding layer are sufficiently impregnated with electrolyte, but when the amount of impregnated electrolyte decreases, the resistance of ionic conduction increases, and the reaction gas leaks to the counter electrode (crossover). Occurs and the voltage of the unit cell drops significantly. In the worst case, it may cause an explosion. Therefore, maintaining the amount of electrolyte in the matrix layer above a certain level is extremely important for maintaining the high performance of the battery and for ensuring the safe operation of the battery.

【0009】しかしながら、燃料電池の運転を行うと、
電池内部の電解質が蒸発し、燃料ガスまたは酸化剤ガス
の排ガスにより搬出されることが知られている。このこ
とは、例えば、文献「リン酸電解質燃料電池におけるリ
ン酸搬出量の運転条件依存性」(小上他、 電気化学協
会大会 53回、 昭和61年4月)に記載されてい
る。すなわち、この文献においては、数千時間の短期運
転では、電解質の減少量は問題とならない程度である
が、数万時間の長期運転を行った場合には、単位セル内
部の電解質が大幅に消失し、電池特性を著しく低下させ
ることについて報告されている。また、本発明者の現在
までの検討結果によれば、単位セル内部の電解質の量が
あるレベル以下になると、反応ガスのクロスオーバが発
生し、発電が不可能になることがわかっている。
However, when the fuel cell is operated,
It is known that the electrolyte inside the battery evaporates and is carried out by the exhaust gas of the fuel gas or the oxidant gas. This is described, for example, in the document “Operating condition dependence of the amount of phosphoric acid carried out in a phosphoric acid electrolyte fuel cell” (Ogami et al., Electrochemical Society Conference 53 times, April 1986). That is, in this document, in a short-term operation of several thousand hours, the amount of electrolyte reduction is not a problem, but in the long-term operation of tens of thousands of hours, the electrolyte inside the unit cell is significantly lost. However, it has been reported that the battery characteristics are significantly deteriorated. In addition, according to the results of the present study conducted by the present inventor, it has been found that when the amount of the electrolyte in the unit cell becomes lower than a certain level, a crossover of the reaction gas occurs and power generation becomes impossible.

【0010】図5は、図4に示した燃料電池発電プラン
トの電池スタックの寿命試験結果を示すグラフであり、
(a)は運転時間の経過に伴なうセル電圧の推移、
(b)は運転時間の経過に伴なうセル内部抵抗の推移を
示している。この図5に示すように、セル内部抵抗は、
運転時間の経過に伴ない徐々に増加し、ある時期を境に
急激に増加し、セル電圧は急激に低下する。
FIG. 5 is a graph showing the life test results of the cell stack of the fuel cell power plant shown in FIG.
(A) is the transition of the cell voltage with the passage of operating time,
(B) shows the transition of the internal resistance of the cell with the passage of operating time. As shown in FIG. 5, the internal resistance of the cell is
The cell voltage gradually increases with the lapse of the operating time, and rapidly increases at a certain time, and the cell voltage sharply decreases.

【0011】従来、このような問題を解決する方法とし
て、スタック内部に電解質をリザーブする方法(内部リ
ザーブ方式)、セルの反応ガス出口で電解質を回収する
方法(内部回収方式)、一定時間運転後に、電池スタッ
ク外部から電解質を補給する方法(外部補給方式)など
が提案されている。しかしながら、内部リザーブ方式で
はリザーブ量が限定されるという問題点があり、内部回
収方式、外部補給方式では、電池の構造が複雑となり、
電池スタックの製造コスト、メンテナンスコストが高く
なるなどの問題点があり、結果として、これらの方式を
燃料電池発電プラントの実用機に適用することは困難で
ある。
Conventionally, as a method of solving such a problem, a method of reserving the electrolyte inside the stack (internal reserve method), a method of recovering the electrolyte at the reaction gas outlet of the cell (internal recovery method), and after a certain period of operation , A method of replenishing the electrolyte from the outside of the battery stack (external replenishment method) has been proposed. However, the internal reserve method has a problem that the reserve amount is limited, and the internal recovery method and the external replenishment method have a complicated battery structure,
There are problems such as high manufacturing cost and maintenance cost of the cell stack, and as a result, it is difficult to apply these methods to a practical machine of a fuel cell power plant.

【0012】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、電
池スタックにおけるガス流通系の構成を改良し、特に、
電解質の外部搬出を防止することにより、長期にわたっ
て高い電池特性を維持することの可能な実用性の高い燃
料電池発電プラントを提供することである。より具体的
には、4万時間以上の長期にわたって高い電池特性を維
持することを目的としている。
The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art as described above, and its object is to improve the structure of the gas flow system in a battery stack, and in particular,
It is an object of the present invention to provide a highly practical fuel cell power generation plant capable of maintaining high cell characteristics for a long period of time by preventing the electrolyte from being carried out to the outside. More specifically, the purpose is to maintain high battery characteristics over a long period of 40,000 hours or more.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、導電性の多孔
質基体上に触媒層を有する一対の電極を、その間に電解
質保持層を介在させて対向配置し、前記電極のうち、一
方の電極に燃料ガスを、他方の電極に酸化剤ガスをそれ
ぞれ供給することにより電気エネルギーを得る単位セル
を、セパレータまたは冷却板を介して複数積層して構成
した電池スタックを有する燃料電池発電プラントにおい
て、ガス流通系の構成を改良したものである。
According to the present invention, a pair of electrodes having a catalyst layer on a conductive porous substrate are arranged so as to face each other with an electrolyte holding layer interposed therebetween. Fuel gas to the electrode, a unit cell for obtaining electric energy by supplying an oxidant gas to the other electrode, respectively, in a fuel cell power plant having a cell stack configured by stacking a plurality of separators via a cooling plate, This is an improved configuration of the gas distribution system.

【0014】すなわち、本発明の燃料電池発電プラント
は、電池スタックを複数本有し、この複数本の電池スタ
ックに、それぞれ、燃料ガス流通用のガス流通ラインと
酸化剤ガス流通用のガス流通ラインを設け、複数本の電
池スタックのうち、少なくとも2本以上の電池スタック
のガス流通ラインを直列に接続したことを特徴としてい
る。具体的には、直列のガス流通ラインを、一定時間ご
とにガス流の方向を逆転可能に構成し、かつ、前記複数
本の電池スタックを、ガス流の方向に応じて、下流側の
電池スタックが上流側の電池スタックよりも低い温度で
運転可能となるように構成する。
That is, the fuel cell power plant of the present invention has a plurality of cell stacks, and each of the plurality of cell stacks has a gas distribution line for fuel gas distribution and a gas distribution line for oxidant gas distribution. Is provided and the gas flow lines of at least two or more battery stacks among the plurality of battery stacks are connected in series. Specifically, a series gas distribution line is configured to be capable of reversing the gas flow direction at regular time intervals, and the plurality of battery stacks are connected to the downstream battery stack according to the gas flow direction. Is operable at a temperature lower than that of the upstream battery stack.

【0015】[0015]

【作用】以上のように構成された本発明の作用は次の通
りである。すなわち、2本以上の電池スタックのガス流
通ラインを直列に接続しているため、運転温度制御手段
によって下流側の燃料電池スタックの運転温度を上流側
の運転温度よりも低くすることにより、ガス流通ライン
における上流側の電池スタックから搬出された電解質
を、下流側の電池スタックによって回収することがで
き、電池スタック外部への電解質の搬出を防止すること
ができる。これは、電解質の蒸気圧が温度に依存するた
めである。
The operation of the present invention constructed as described above is as follows. That is, since the gas distribution lines of two or more cell stacks are connected in series, the operating temperature control unit lowers the operating temperature of the fuel cell stack on the downstream side to be lower than the operating temperature on the upstream side, so that the gas distribution is reduced. The electrolyte discharged from the upstream battery stack in the line can be collected by the downstream battery stack, and the electrolyte can be prevented from being discharged to the outside of the battery stack. This is because the vapor pressure of the electrolyte depends on the temperature.

【0016】そして、このような運転を継続すると、ガ
ス流通ライン下流側の電池スタックほど電池スタック内
の電解質が多くなるため、一定時間ごとに、ガス流通系
制御手段によってガス流方向切換手段を動作させ、電池
スタックのガス流通ラインのガス流の方向を逆転するこ
とにより、複数本の電池スタック間の電解質の偏りを防
止することができる。この場合、ガス流の方向を切り換
えるための一定時間は、上流側の電池スタックの特性が
低下する時間よりも十分に短く設定する。また、ガス流
通ライン上流側の電池スタックでは、反応ガスの利用率
を低くすることができ、セル特性を向上できるという副
次的効果も得られる。
When such an operation is continued, the electrolyte in the battery stack increases in the battery stack on the downstream side of the gas distribution line. Therefore, the gas flow direction control means operates the gas flow direction switching means at regular intervals. Then, by reversing the direction of the gas flow in the gas distribution line of the battery stack, it is possible to prevent the bias of the electrolyte between the plurality of battery stacks. In this case, the fixed time for switching the direction of the gas flow is set sufficiently shorter than the time for which the characteristics of the battery stack on the upstream side deteriorate. Further, in the battery stack on the upstream side of the gas distribution line, the utilization rate of the reaction gas can be reduced, and the secondary effect that the cell characteristics can be improved is also obtained.

【0017】[0017]

【実施例】以下には、本発明による燃料電池発電プラン
トの代表的な一実施例について、図1を参照して説明す
る。この場合、図1は、本発明に基づく燃料電池発電プ
ラントのガス流通ラインの構成を示す配管図である。な
お、図4に示した従来例と同一部分には、同一符号を付
し、説明を省略する。
EXAMPLE A typical example of a fuel cell power plant according to the present invention will be described below with reference to FIG. In this case, FIG. 1 is a piping diagram showing the configuration of the gas distribution line of the fuel cell power plant according to the present invention. The same parts as those in the conventional example shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0018】まず、図1に示すように、本実施例におい
ては、2本の電池スタックA,Bの配列ライン上におけ
る両端部に位置するマニホールド、すなわち、電池スタ
ックAのマニホールド1と電池スタックBのマニホール
ド13に、燃料ガス供給・排出用の第1、第2燃料ガス
配管31,32がそれぞれ接続されるとともに、配列ラ
イン上において対向する内側のマニホールド、すなわ
ち、電池スタックAのマニホールド3と電池スタックB
のマニホールド11間は、第1の接続配管33によって
接続されている。また、2本の電池スタック11,12
の配列ラインを挟んで対向する両側のマニホールド
(2,4),(12,14)のうちの同じ側のマニホー
ルド2,12に、酸化剤ガス供給・排出用の第1、第2
酸化剤ガス配管34,35がそれぞれ接続されるととも
に、反対側のマニホールド4,14間は、第2の接続配
管36によって接続されている。
First, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, the manifolds located at both ends on the arrangement line of the two battery stacks A and B, that is, the manifold 1 of the battery stack A and the battery stack B. The first and second fuel gas pipes 31 and 32 for supplying and discharging the fuel gas are respectively connected to the manifold 13 of the above, and the inner manifolds facing each other on the arrangement line, that is, the manifold 3 of the battery stack A and the battery Stack B
The manifolds 11 are connected by a first connection pipe 33. In addition, the two battery stacks 11 and 12
Of the manifolds (2, 4), (12, 14) on both sides of the manifold line (2, 4), (12, 14) facing each other across the arrangement line of the first and second sides for supplying and discharging the oxidant gas.
The oxidant gas pipes 34 and 35 are connected to each other, and the manifolds 4 and 14 on the opposite side are connected to each other by a second connection pipe 36.

【0019】そして、第1、第2燃料ガス配管31,3
2は、そのいずれか一方に燃料ガスが供給されるととも
に、他方から燃料ガスが排出され、その供給側、排出側
が、予め設定された一定時間ごとに切り換えられ、それ
によって燃料ガス流の方向が逆転するように構成されて
いる。同様に、第1、第2酸化剤ガス配管34,35
は、そのいずれか一方に酸化剤ガスが供給されるととも
に、他方から酸化剤ガスが排出され、その供給側、排出
側が、予め設定された一定時間ごとに切り換えられ、そ
れによって酸化剤ガス流の方向が逆転するように構成さ
れている。
Then, the first and second fuel gas pipes 31, 3
In No. 2, the fuel gas is supplied to either one of them, and the fuel gas is discharged from the other, and the supply side and the discharge side are switched at predetermined time intervals, whereby the direction of the fuel gas flow is changed. It is configured to reverse. Similarly, the first and second oxidant gas pipes 34, 35
The oxidant gas is supplied to either one of them, and the oxidant gas is discharged from the other, and the supply side and the discharge side are switched at preset constant time intervals. The directions are reversed.

【0020】さらに、2本の電池スタックA,Bの運転
温度は、適宜設定され、個別に制御可能に構成されてい
る。具体的には、ガス流の方向に応じて、その時点での
ガス流上流側の電池スタックの運転温度を200℃と
し、下流側の電池スタックの運転温度を180℃とする
ように設定されている。なお、燃料ガスと酸化剤ガスの
供給側と排出側を切り換え、ガス流の方向を逆転させる
ために予め設定される一定時間は、少なくとも上流側の
電池スタックの特性が低下する時間よりも十分に短く設
定する必要があり、本実施例では、便宜上、5000時
間とされている。
Further, the operating temperatures of the two battery stacks A and B are appropriately set and are individually controllable. Specifically, the operating temperature of the battery stack on the upstream side of the gas flow is set to 200 ° C. and the operating temperature of the battery stack on the downstream side is set to 180 ° C. according to the direction of the gas flow. There is. It should be noted that the predetermined time for switching the supply side and the discharge side of the fuel gas and the oxidant gas and reversing the direction of the gas flow is at least sufficiently longer than the time for which the characteristics of the battery stack on the upstream side deteriorate. It is necessary to set it short, and in this embodiment, it is set to 5000 hours for convenience.

【0021】以上のように構成してなる本実施例の燃料
電池発電プラントの作用は次の通りである。すなわち、
例えば、最初の5000時間の間、電池スタックAをガ
ス流の上流側とする場合には、第1燃料ガス配管31を
供給側とし、第2燃料ガス配管32を排出側とするとと
もに、第1酸化剤ガス配管34を供給側とし、第2酸化
剤ガス配管35を排出側とする。このようにガス流通ラ
インを設定することにより、図1に示すように、燃料ガ
ス流21は、第1燃料ガス配管31、電池スタックA、
第1の接続配管33、電池スタックB、第2燃料ガス配
管32の経路で流れ、酸化剤ガス流22は、第1酸化剤
ガス配管34、電池スタックA、第2の接続配管36、
電池スタックB、第2酸化剤ガス配管35の経路で流れ
る。この場合、2本の電池スタックA,Bの運転温度
は、個別に制御され、ガス流21,22の上流側である
電池スタックAは200℃で運転し、また、下流側の電
池スタックBは180℃で運転する。なお、図1は、こ
の条件における電池スタックA,Bの運転状態を示して
いる。
The operation of the fuel cell power plant of the present embodiment constructed as described above is as follows. That is,
For example, when the cell stack A is set to the upstream side of the gas flow for the first 5000 hours, the first fuel gas pipe 31 is set to the supply side, the second fuel gas pipe 32 is set to the discharge side, and the first The oxidant gas pipe 34 is on the supply side, and the second oxidant gas pipe 35 is on the discharge side. By setting the gas distribution line in this way, as shown in FIG. 1, the fuel gas flow 21 is supplied to the first fuel gas pipe 31, the cell stack A,
The first connecting pipe 33, the cell stack B, and the second fuel gas pipe 32 flow in the path, and the oxidant gas flow 22 is the first oxidizing gas pipe 34, the battery stack A, the second connecting pipe 36,
It flows in the path of the battery stack B and the second oxidant gas pipe 35. In this case, the operating temperatures of the two battery stacks A and B are individually controlled, the battery stack A that is the upstream side of the gas flows 21 and 22 operates at 200 ° C., and the battery stack B that is the downstream side is operated. Operate at 180 ° C. Note that FIG. 1 shows the operating states of the battery stacks A and B under this condition.

【0022】そして、以上のような運転状態において、
5000時間が経過した時点で、2本の電池スタック
A,Bの上流側と下流側を逆転すると同時に、2本の電
池スタックA,Bの運転温度を逆転する。すなわち、前
述の運転状態とは逆に、第1燃料ガス配管31を排出側
とし、第2燃料ガス配管32を供給側とするとともに、
第1酸化剤ガス配管34を排出側とし、第2酸化剤ガス
配管35を供給側とする。このようにガス流通ラインを
切り換えることにより、燃料ガス流21は、前述の運転
状態とは逆に、第2燃料ガス配管32、電池スタック
B、第1の接続配管33、電池スタックA、第1燃料ガ
ス配管31の経路で流れ、酸化剤ガス流22は、第2酸
化剤ガス配管35、電池スタックB、第2の接続配管3
6、電池スタックA、第1酸化剤ガス配管34の経路で
流れる。また、新たにガス流の上流側となった電池スタ
ックBの運転温度を200℃に切り換え、下流側となっ
た電池スタックAの運転温度を180℃に切り換える。
そして、このような運転状態において、さらに5000
時間が経過すると、再びガス流通ラインの切り換えを行
い、前述した初期5000時間と同じ運転状態に切り換
える。
Then, in the above operating state,
When 5000 hours have elapsed, the upstream side and the downstream side of the two battery stacks A and B are reversed, and at the same time, the operating temperatures of the two battery stacks A and B are reversed. That is, contrary to the operating state described above, the first fuel gas pipe 31 is on the discharge side, the second fuel gas pipe 32 is on the supply side, and
The first oxidant gas pipe 34 is on the discharge side, and the second oxidant gas pipe 35 is on the supply side. By switching the gas distribution lines in this manner, the fuel gas flow 21 is reversed from the above-described operating state, and the second fuel gas pipe 32, the cell stack B, the first connection pipe 33, the cell stack A, the first The oxidant gas flow 22 flows through the path of the fuel gas pipe 31, and the oxidant gas flow 22 is the second oxidant gas pipe 35, the cell stack B, and the second connection pipe 3.
6, the battery stack A and the first oxidant gas pipe 34 flow. Further, the operating temperature of the battery stack B, which is newly on the upstream side of the gas flow, is switched to 200 ° C., and the operating temperature of the battery stack A, which is newly on the downstream side, is switched to 180 ° C.
Then, in such an operating state, further 5000
After a lapse of time, the gas distribution line is switched again to switch to the same operating state as the initial 5000 hours described above.

【0023】さらに、図2は、以上のような長時間運転
における第1、第2の電池スタックA,Bの経時特性試
験結果を示すグラフであり、(a)は運転時間の経過に
伴なうセル電圧の推移、(b)は運転時間の経過に伴な
うセル内部抵抗の推移を示している。この図2に示すよ
うに、ガス流の上流側の電池スタックでは、セル内部抵
抗が徐々に増加するのに対して、下流側の電池スタック
では、セル内部抵抗が安定している。また、上流側の運
転でセル内部抵抗が大きくなっても、ガス流を逆転して
運転することにより、セル内部抵抗は徐々に低下し、再
度ガス流を逆転して運転する時点では、セル内部抵抗
は、ほぼ初期値程度まで低下している。この現象は、ガ
ス流の上流側の電池スタックが搬出したリン酸電解質を
下流側の電池スタックが回収していることを意味してい
る。180℃におけるリン酸(P410)の蒸気分圧は
200℃における蒸気分圧の約1割程度であるため、理
論的には、上流側の電池スタックから搬出したリン酸の
9割を、下流側の電池スタックで回収できることにな
る。また、電池スタック間の運転温度差が大きいほどリ
ン酸回収効率は高くなる。
Further, FIG. 2 is a graph showing the results of the aging characteristic test of the first and second battery stacks A and B in the above long-time operation. (B) shows the transition of the cell voltage, and (b) shows the transition of the internal resistance of the cell with the lapse of operating time. As shown in FIG. 2, in the battery stack on the upstream side of the gas flow, the cell internal resistance gradually increases, whereas in the downstream battery stack, the cell internal resistance is stable. Even if the internal resistance of the cell increases during upstream operation, the internal resistance of the cell gradually decreases by operating by reversing the gas flow. The resistance has dropped to about the initial value. This phenomenon means that the phosphoric acid electrolyte carried out by the battery stack on the upstream side of the gas flow is recovered by the battery stack on the downstream side. Since the vapor partial pressure of phosphoric acid (P 4 O 10 ) at 180 ° C. is about 10% of the vapor partial pressure at 200 ° C., theoretically, 90% of phosphoric acid carried out from the upstream battery stack is , Can be collected in the battery stack on the downstream side. Further, the larger the operating temperature difference between the battery stacks, the higher the phosphoric acid recovery efficiency.

【0024】なお、前記実施例においては、2本の電池
スタックA,Bを有する燃料電池発電プラントへの適用
について説明したが、本発明は、3本以上の電池スタッ
クを有する燃料電池発電プラントにも同様に適用可能で
あり、例えば、2本の電池スタックを1組として、複数
組の電池スタックについて、前記実施例と同様のガス流
通系を個別に構成することなどが可能である。
In the above embodiment, the application to the fuel cell power generation plant having two cell stacks A and B has been described, but the present invention is applicable to the fuel cell power generation plant having three or more cell stacks. Can be similarly applied. For example, with two battery stacks as one set, a plurality of sets of battery stacks can be individually configured with the same gas flow system as in the above embodiment.

【0025】また、反応ガス配管の構成は自由に変更可
能であり、例えば、図3に示すように、2本の電池スタ
ックA,B間の接続部分において、個別のマニホールド
を設ける代わりに、共通マニホールド41,42を使用
する構成などが可能である。このように構成した場合に
は、前記実施例における第1、第2の接続配管33,3
6が不要になり、マニホールドの数を削減できるため、
装置全体の大幅な小型・簡略化が可能になる。
The structure of the reaction gas pipe can be freely changed. For example, as shown in FIG. 3, instead of providing an individual manifold at the connection portion between the two battery stacks A and B, a common manifold is provided. A configuration using the manifolds 41 and 42 is possible. When configured in this way, the first and second connection pipes 33, 3 in the above embodiment are provided.
Since 6 is unnecessary and the number of manifolds can be reduced,
The size and simplification of the entire device can be greatly reduced.

【0026】さらに、ガス流の方向を切り換えるための
手段や、電池スタックの温度を制御する手段などの具体
的な構成は自由に選択可能である。そしてまた、カソー
ドガスによるリン酸の搬出量は、アノードガスによるリ
ン酸の搬出量よりも大きいため、カソードのガス配管の
みを直列に設ける構成も可能である。一方、前記実施例
においては、電解質としてリン酸を使用した場合につい
て説明したが、本発明は、リン酸以外の電解質を使用し
た場合にも同様に適用可能である。また、この技術分野
の当業者であれば、本発明に基づく多種多様の実施例を
さらに提案可能であるが、それらの実施例もまた本発明
の範囲に包含されるものである。
Further, the specific constitution such as means for switching the direction of the gas flow and means for controlling the temperature of the battery stack can be freely selected. Further, since the amount of phosphoric acid carried out by the cathode gas is larger than the amount of phosphoric acid carried out by the anode gas, it is possible to provide only the gas pipe of the cathode in series. On the other hand, although the case where phosphoric acid is used as the electrolyte has been described in the above-described examples, the present invention is similarly applicable to the case where an electrolyte other than phosphoric acid is used. Further, those skilled in the art can further propose various embodiments based on the present invention, and those embodiments are also included in the scope of the present invention.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
2本以上の電池スタックのガス流通ラインを直列に接続
することにより、長期にわたって高い電池特性を維持す
ることの可能な燃料電池発電プラントを提供することが
できる。具体的には、4万時間以上の長期にわたって高
い電池特性を維持することができる。
As described above, according to the present invention,
By connecting the gas distribution lines of two or more cell stacks in series, it is possible to provide a fuel cell power generation plant capable of maintaining high cell characteristics for a long period of time. Specifically, high battery characteristics can be maintained over a long period of 40,000 hours or more.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による燃料電池発電プラントの代表的な
一実施例におけるガス流通ラインの構成を示す配管図。
FIG. 1 is a piping diagram showing the configuration of a gas distribution line in a typical example of a fuel cell power plant according to the present invention.

【図2】図1の燃料電池プラントの電池スタックの経時
特性試験結果を示すグラフであり、(a)は運転時間の
経過に伴なうセル電圧の推移を示すグラフ、(b)は運
転時間の経過に伴なうセル内部抵抗の推移を示すグラ
フ。
2A and 2B are graphs showing the results of the aging characteristic test of the cell stack of the fuel cell plant of FIG. 1, in which FIG. 2A is a graph showing the transition of the cell voltage with the passage of operating time, and FIG. 2B is the operating time. The graph which shows the transition of the cell internal resistance with progress of.

【図3】本発明による燃料電池発電プラントの他の実施
例におけるガス流通ラインの構成を示す配管図。
FIG. 3 is a piping diagram showing the configuration of a gas distribution line in another embodiment of the fuel cell power plant according to the present invention.

【図4】従来の燃料電池発電プラントのガス流通ライン
の構成の一例を示す配管図。
FIG. 4 is a piping diagram showing an example of a configuration of a gas distribution line of a conventional fuel cell power plant.

【図5】図4の燃料電池発電プラントの電池スタックの
寿命試験結果を示すグラフであり、(a)は運転時間の
経過に伴なうセル電圧の推移を示すグラフ、(b)は運
転時間の経過に伴なうセル内部抵抗の推移を示すグラ
フ。
5 is a graph showing a life test result of a cell stack of the fuel cell power plant of FIG. 4, (a) is a graph showing changes in cell voltage with the passage of operating time, and (b) is operating time. The graph which shows the transition of the cell internal resistance with progress of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A,B…電池スタック 1〜4,11〜14…マニホールド 5,15…燃料ガス供給配管 6,16…燃料ガス排出配管 7,17…酸化剤ガス供給配管 8,18…酸化剤ガス排出配管 21…燃料ガス流 22…酸化剤ガス流 31…第1燃料ガス配管 32…第2燃料ガス配管 33…第1の接続配管 34…第1酸化剤ガス配管 35…第2酸化剤ガス配管 36…第2の接続配管 41,42…共通マニホールド A, B ... Battery stack 1-4, 11-14 ... Manifold 5,15 ... Fuel gas supply pipe 6,16 ... Fuel gas discharge pipe 7,17 ... Oxidant gas supply pipe 8, 18 ... Oxidant gas discharge pipe 21 ... fuel gas flow 22 ... oxidant gas flow 31 ... first fuel gas pipe 32 ... second fuel gas pipe 33 ... first connection pipe 34 ... first oxidant gas pipe 35 ... second oxidant gas pipe 36 ... second 2 connection pipes 41, 42 ... Common manifold

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性の多孔質基体上に触媒層を有する
一対の電極を、その間に電解質保持層を介在させて対向
配置し、前記電極のうち、一方の電極に燃料ガスを、他
方の電極に酸化剤ガスをそれぞれ供給することにより電
気エネルギーを得る単位セルを、セパレータまたは冷却
板を介して複数積層して構成した電池スタックを有する
燃料電池発電プラントにおいて、 前記電池スタックを複数本有し、この複数本の電池スタ
ックに、それぞれ、前記燃料ガス流通用のガス流通ライ
ンと前記酸化剤ガス流通用のガス流通ラインを設け、前
記複数本の電池スタックのうち、少なくとも2本以上の
電池スタックの前記ガス流通ラインを直列に接続したこ
とを特徴とする燃料電池発電プラント。
1. A pair of electrodes having a catalyst layer on a conductive porous substrate are arranged to face each other with an electrolyte holding layer interposed therebetween, and one of the electrodes is provided with fuel gas and the other is provided with fuel gas. In a fuel cell power plant having a cell stack configured by stacking a plurality of unit cells each of which obtains electric energy by supplying an oxidant gas to an electrode, with a separator or a cooling plate, a plurality of the battery stacks are provided. The plurality of battery stacks are respectively provided with a gas distribution line for the fuel gas distribution and a gas distribution line for the oxidant gas distribution, and at least two or more of the plurality of battery stacks are provided. 2. The fuel cell power plant, wherein the gas distribution lines are connected in series.
【請求項2】 前記直列のガス流通ラインを、一定時間
ごとにガス流の方向を逆転可能に構成し、かつ、前記複
数本の電池スタックを、ガス流の方向に応じて、下流側
の電池スタックが上流側の電池スタックよりも低い温度
で運転可能となるように構成したことを特徴とする請求
項1に記載の燃料電池発電プラント。
2. The series gas distribution lines are configured such that the gas flow direction can be reversed at regular time intervals, and the plurality of battery stacks are connected to a downstream battery according to the gas flow direction. The fuel cell power plant according to claim 1, wherein the stack is configured to be operable at a temperature lower than that of the upstream cell stack.
JP4344431A 1992-12-24 1992-12-24 Fuel cell power plant Pending JPH06196185A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4344431A JPH06196185A (en) 1992-12-24 1992-12-24 Fuel cell power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4344431A JPH06196185A (en) 1992-12-24 1992-12-24 Fuel cell power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06196185A true JPH06196185A (en) 1994-07-15

Family

ID=18369214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4344431A Pending JPH06196185A (en) 1992-12-24 1992-12-24 Fuel cell power plant

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06196185A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067884A (en) * 1998-08-20 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell, system using the same, and method of installing the same
EP1009050A3 (en) * 1998-12-12 2001-03-14 Adam Opel Ag Fuel cell system, in particular for electric motor driven vehicles
JP2005116205A (en) * 2003-10-03 2005-04-28 Toyota Motor Corp Fuel cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067884A (en) * 1998-08-20 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell, system using the same, and method of installing the same
EP1009050A3 (en) * 1998-12-12 2001-03-14 Adam Opel Ag Fuel cell system, in particular for electric motor driven vehicles
JP2005116205A (en) * 2003-10-03 2005-04-28 Toyota Motor Corp Fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7566511B2 (en) Solid polymer cell assembly
JP3607718B2 (en) Water and inert gas discharge method and apparatus for fuel cell equipment
US20080292921A1 (en) Recovery of inert gas from a fuel cell exhaust stream
JPH08171928A (en) Fuel cell stack
CN114447380B (en) Method for recovering performance of proton exchange membrane fuel cell stack
JP5492460B2 (en) Reversible cell operation method
JP3141619B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell power generator
JP2701522B2 (en) Fuel cell generator
KR20150043181A (en) Performance recovery method for fuel cell stack
JP3111682B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell system
JPH05251097A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
CN101385178A (en) Fuel cell system
JPH06196185A (en) Fuel cell power plant
JP4678115B2 (en) Operation method and operation system of solid oxide fuel cell
JP2002141090A (en) Operating method of polymer electrolyte fuel cell system
JP2001351666A (en) Phosphoric acid type fuel cell system and its stopping method
JPH06333581A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JPH06275305A (en) Fuel cell
JP2005141994A (en) Polymer electrolyte fuel cell
US20180019494A1 (en) Regeneration of fuel cell electrodes
JP2832640B2 (en) Molten carbonate fuel cell power generator
JPH09190825A (en) Solid oxide fuel cell and unit cell used therefor
JP2005317421A (en) Fuel cell
JPH08180889A (en) Method and apparatus for controlling internal reforming of flat plate solid oxide fuel cell
JPS6077365A (en) Operation of fuel cell