JP2000040518A - 燃料電池発電装置およびその運転方法 - Google Patents
燃料電池発電装置およびその運転方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】複数の燃料電池へ供給する反応ガス供給系を簡
素で、低コストのものとする。 【解決手段】燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃのそれぞれの空
気極へ空気を供給する配管に空気流量調整用手動弁４
Ａ，４Ｂ，４Ｃを備え、これらに空気を分流する主配管
に空気流量制御弁２を備える。また、それぞれの燃料極
に燃料ガスを供給する配管に燃料ガス流量調整用手動弁
５Ａ，５Ｂ，５Ｃを備え、これらに燃料ガスを分流する
主配管に燃料ガス流量制御弁３を備える。
素で、低コストのものとする。 【解決手段】燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃのそれぞれの空
気極へ空気を供給する配管に空気流量調整用手動弁４
Ａ，４Ｂ，４Ｃを備え、これらに空気を分流する主配管
に空気流量制御弁２を備える。また、それぞれの燃料極
に燃料ガスを供給する配管に燃料ガス流量調整用手動弁
５Ａ，５Ｂ，５Ｃを備え、これらに燃料ガスを分流する
主配管に燃料ガス流量制御弁３を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、複数の燃料電池
に反応ガスを分配して供給する燃料電池発電装置に係わ
り、特に、反応ガスを各燃料電池へ等配する反応ガス供
給配管系の構成、ならびにその運転方法に関する。
に反応ガスを分配して供給する燃料電池発電装置に係わ
り、特に、反応ガスを各燃料電池へ等配する反応ガス供
給配管系の構成、ならびにその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電解質層を燃料極と空気極で挟持して単
電池を構成し、反応ガスとして、燃料極に水素を含む燃
料ガスを、また空気極に酸素を含む空気を供給すると、
電気化学反応により電気エネルギーが得られる。しかし
ながら、１個の単電池で得られる発生電圧は１Ｖに満た
ない低電圧であり、また発生電流も電極面積により制限
される。このため実用の燃料電池発電装置においては、
複数の単電池を積層して電気的に直流接続して発生電圧
を高くするとともに、このように単電池を積層して構成
した複数個の燃料電池を電気的に並列接続することによ
って発生電力を高くして用いるのが通例である。したが
って、実用される燃料電池発電装置においては、電気化
学反応に供される反応ガスがこれらの複数個の燃料電池
に分配されて使用される。
電池を構成し、反応ガスとして、燃料極に水素を含む燃
料ガスを、また空気極に酸素を含む空気を供給すると、
電気化学反応により電気エネルギーが得られる。しかし
ながら、１個の単電池で得られる発生電圧は１Ｖに満た
ない低電圧であり、また発生電流も電極面積により制限
される。このため実用の燃料電池発電装置においては、
複数の単電池を積層して電気的に直流接続して発生電圧
を高くするとともに、このように単電池を積層して構成
した複数個の燃料電池を電気的に並列接続することによ
って発生電力を高くして用いるのが通例である。したが
って、実用される燃料電池発電装置においては、電気化
学反応に供される反応ガスがこれらの複数個の燃料電池
に分配されて使用される。
【０００３】図２は、従来の燃料電池発電装置に用いら
れている複数の燃料電池への反応ガスの分配制御方法を
示す要部の配管系統図であり、３台の同一仕様からなる
燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃに反応ガスを等分に分配して
供給する系統を示したものである。図に見られるよう
に、燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空気極へ供給される空
気は、主配管より分流され、空気流量制御弁２Ａ，２
Ｂ，２Ｃによって所定の流量に制御して送られている。
同様に、燃料極へ供給される燃料ガスは、主配管より分
流され、燃料ガス流量制御弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃによって
所定の流量に制御して送られている。
れている複数の燃料電池への反応ガスの分配制御方法を
示す要部の配管系統図であり、３台の同一仕様からなる
燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃに反応ガスを等分に分配して
供給する系統を示したものである。図に見られるよう
に、燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空気極へ供給される空
気は、主配管より分流され、空気流量制御弁２Ａ，２
Ｂ，２Ｃによって所定の流量に制御して送られている。
同様に、燃料極へ供給される燃料ガスは、主配管より分
流され、燃料ガス流量制御弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃによって
所定の流量に制御して送られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
燃料電池発電装置においては、燃料電池１Ａ，１Ｂ，１
Ｃの空気極へ供給する空気の流量を、それぞれ空気流量
制御弁２Ａ，２Ｂ，２Ｃによって制御し、燃料極へ供給
する燃料ガスの流量を、それぞれ燃料ガス流量制御弁３
Ａ，３Ｂ，３Ｃによって制御しているので、各燃料電池
に適量の空気と燃料ガスが供給され、所定の発電電力が
得られる。
燃料電池発電装置においては、燃料電池１Ａ，１Ｂ，１
Ｃの空気極へ供給する空気の流量を、それぞれ空気流量
制御弁２Ａ，２Ｂ，２Ｃによって制御し、燃料極へ供給
する燃料ガスの流量を、それぞれ燃料ガス流量制御弁３
Ａ，３Ｂ，３Ｃによって制御しているので、各燃料電池
に適量の空気と燃料ガスが供給され、所定の発電電力が
得られる。
【０００５】しかしながら、上記のごとく燃料電池発電
装置を構成するには、それぞれの燃料電池毎に高価な空
気流量制御弁および燃料ガス流量制御弁を備える必要が
あるので、装置自体の高コスト化の大きな要因となり、
また、制御すべき流量制御弁の個数が多数になるので、
制御システムが複雑になってしまうという問題点があ
る。
装置を構成するには、それぞれの燃料電池毎に高価な空
気流量制御弁および燃料ガス流量制御弁を備える必要が
あるので、装置自体の高コスト化の大きな要因となり、
また、制御すべき流量制御弁の個数が多数になるので、
制御システムが複雑になってしまうという問題点があ
る。
【０００６】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消し、組み込まれる複数の燃料電池への反応ガ
ス供給系統が、簡素で、かつ低コストで構成され、かつ
各燃料電池へ反応ガスが安定して供給される燃料電池発
電装置、ならびにその運転方法を提供することにある。
難点を解消し、組み込まれる複数の燃料電池への反応ガ
ス供給系統が、簡素で、かつ低コストで構成され、かつ
各燃料電池へ反応ガスが安定して供給される燃料電池発
電装置、ならびにその運転方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、複数の燃料電池に反応ガスを
分配して供給する燃料電池発電装置において、各燃料電
池の反応ガスの供給配管に流量調整用の手動弁を備え、
かつ、これらの供給配管に反応ガスを分配する主配管に
流量制御弁を備えることとし、各燃料電池の反応ガスの
目標流量に対する圧力損失が規定値となるよう各手動弁
の開度を設定したのち、主配管に備えた流量制御弁を制
御し、各燃料電池に供給する反応ガスの流量を制御して
運転することとする。
めに、本発明においては、複数の燃料電池に反応ガスを
分配して供給する燃料電池発電装置において、各燃料電
池の反応ガスの供給配管に流量調整用の手動弁を備え、
かつ、これらの供給配管に反応ガスを分配する主配管に
流量制御弁を備えることとし、各燃料電池の反応ガスの
目標流量に対する圧力損失が規定値となるよう各手動弁
の開度を設定したのち、主配管に備えた流量制御弁を制
御し、各燃料電池に供給する反応ガスの流量を制御して
運転することとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の燃料電池発電装
置の複数の燃料電池への反応ガスの分配制御方法を示す
要部の配管系統図であり、３台の同一仕様からなる燃料
電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃに反応ガスを等分に分配して供給
する系統を例示したものである。図に見られるように、
燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空気極へ空気を送る供給配
管にそれぞれ空気流量調整用手動弁４Ａ、４Ｂ、４Ｃが
備えられており、これらの配管に空気を分流する主配管
に空気流量制御弁２が備えられている。また、燃料極へ
燃料ガスを送る供給配管にはそれぞれ燃料ガス流量調整
用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃが備えられており、これらの
配管に空気を分流する主配管には燃料ガス流量制御弁３
が備えられている。
置の複数の燃料電池への反応ガスの分配制御方法を示す
要部の配管系統図であり、３台の同一仕様からなる燃料
電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃに反応ガスを等分に分配して供給
する系統を例示したものである。図に見られるように、
燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空気極へ空気を送る供給配
管にそれぞれ空気流量調整用手動弁４Ａ、４Ｂ、４Ｃが
備えられており、これらの配管に空気を分流する主配管
に空気流量制御弁２が備えられている。また、燃料極へ
燃料ガスを送る供給配管にはそれぞれ燃料ガス流量調整
用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃが備えられており、これらの
配管に空気を分流する主配管には燃料ガス流量制御弁３
が備えられている。
【０００９】本構成の燃料電池発電装置では、燃料電池
１Ａ，１Ｂ，１Ｃの燃料ガス系統の圧力損失がそれぞれ
所定値となるよう燃料ガス流量調整用手動弁５Ａ、５
Ｂ、５Ｃの開度の調整を行い、同様に空気系統の圧力損
失がそれぞれ所定値となるよう空気流量調整用手動弁４
Ａ、４Ｂ、４Ｃの開度の調整を行ったのち、発電条件に
あわせて燃料ガス流量制御弁３および空気流量制御弁２
を制御して発電運転が行われる。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃの燃料ガス系統の圧力損失がそれぞれ
所定値となるよう燃料ガス流量調整用手動弁５Ａ、５
Ｂ、５Ｃの開度の調整を行い、同様に空気系統の圧力損
失がそれぞれ所定値となるよう空気流量調整用手動弁４
Ａ、４Ｂ、４Ｃの開度の調整を行ったのち、発電条件に
あわせて燃料ガス流量制御弁３および空気流量制御弁２
を制御して発電運転が行われる。
【００１０】上記において、燃料ガス流量調整用手動弁
５Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整は、最初の発電運転に際
し、以下のごとき方法により行われる。まず、発電運転
開始に先立ち、燃料ガス流量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、
５Ｃを全開状態とし、３台の燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
に供給する燃料ガスの総流量を一定量Ｑ［Nm3/h ］に設
定して、各燃料電池の燃料ガス系の入口側と出口側の差
圧を測定し、圧力損失ΔＰ1Q，ΔＰ2Q，ΔＰ3Qを求め
る。
５Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整は、最初の発電運転に際
し、以下のごとき方法により行われる。まず、発電運転
開始に先立ち、燃料ガス流量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、
５Ｃを全開状態とし、３台の燃料電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
に供給する燃料ガスの総流量を一定量Ｑ［Nm3/h ］に設
定して、各燃料電池の燃料ガス系の入口側と出口側の差
圧を測定し、圧力損失ΔＰ1Q，ΔＰ2Q，ΔＰ3Qを求め
る。
【００１１】次いで、調整操作に伴って燃料ガスの供給
量が不足し、燃料電池が破損する危険性を回避するため
に、手動操作によって３台の燃料電池に供給する燃料ガ
スの総流量Ｖ［Nm3/h ］を高く設定し、燃料ガスの利用
率、すなわち燃料ガス中の水素の燃料電池内部での反応
による消費の割合を低く設定して電気負荷Ｘ［ｋＷ］の
発電運転を行う。この発電運転状態において、燃料電池
の入口の H2O, H2, CO等のガス組成の測定、各燃料電池
の出口の乾燥水素濃度、すなわち水蒸気を除いたガス中
での水素濃度の測定を行い、さらに、各燃料電池の燃料
ガス系の圧力損失ΔＰ1V，ΔＰ2V，ΔＰ3Vを測定する。
量が不足し、燃料電池が破損する危険性を回避するため
に、手動操作によって３台の燃料電池に供給する燃料ガ
スの総流量Ｖ［Nm3/h ］を高く設定し、燃料ガスの利用
率、すなわち燃料ガス中の水素の燃料電池内部での反応
による消費の割合を低く設定して電気負荷Ｘ［ｋＷ］の
発電運転を行う。この発電運転状態において、燃料電池
の入口の H2O, H2, CO等のガス組成の測定、各燃料電池
の出口の乾燥水素濃度、すなわち水蒸気を除いたガス中
での水素濃度の測定を行い、さらに、各燃料電池の燃料
ガス系の圧力損失ΔＰ1V，ΔＰ2V，ΔＰ3Vを測定する。
【００１２】本発電運転における燃料電池出力電流、す
なわち１個の単電池当たりの出力電流がＩ［Ａ］であれ
ば、Ｙ個の単電池で構成される燃料電池で電気化学反応
により発生する電流ＩＣ［Ａ］はＩ×Ｙで与えられる。
したがって、発電運転にともなって１台の燃料電池で消
費される水素量ΔＱH2［Nm3/h ］は次式（１）で表され
る。
なわち１個の単電池当たりの出力電流がＩ［Ａ］であれ
ば、Ｙ個の単電池で構成される燃料電池で電気化学反応
により発生する電流ＩＣ［Ａ］はＩ×Ｙで与えられる。
したがって、発電運転にともなって１台の燃料電池で消
費される水素量ΔＱH2［Nm3/h ］は次式（１）で表され
る。
【００１３】
【数１】 ΔＱH2＝ＩＣ［Ａ］／（2 ×96500 ）［Ａsec/mol ］ ×3600［sec/h ］×22.4×10-3［Nm3/mol ］ （１） 燃料電池入口におけるガス組成の測定で得られた H2, C
O, CO2, CH4 の組成をCH2, CCO, CCO2, CCH4 、各燃料
電池の出口乾燥水素濃度を CF1, CF2, CF3 と表示する
と、各燃料電池の燃料ガス入口流量ＶFC1,ＶFC2,ＶFC3
［Nm3/h ］は以下の式で表される。
O, CO2, CH4 の組成をCH2, CCO, CCO2, CCH4 、各燃料
電池の出口乾燥水素濃度を CF1, CF2, CF3 と表示する
と、各燃料電池の燃料ガス入口流量ＶFC1,ＶFC2,ＶFC3
［Nm3/h ］は以下の式で表される。
【００１４】
【数２】 ＶFC1 ＝ 100×ΔＱH2×（1 − 100／CF1 ） ／（ CCO＋CCO2＋CCH4＋CH2 ×（1 − 100／CF1 ）） （２） ＶFC2 ＝ 100×ΔＱH2×（1 − 100／CF1 ） ／（ CCO＋CCO2＋CCH4＋CH2 ×（1 − 100／CF2 ）） （３） ＶFC3 ＝ 100×ΔＱH2×（1 − 100／CF1 ） ／（ CCO＋CCO2＋CCH4＋CH2 ×（1 − 100／CF3 ）） （４） これらの式より、各燃料電池の水素の利用率ＵH1，ＵH
2，ＵH3［％］および平均利用率ＵHav ［％］は、次式
（５）〜（８）で、また、各燃料電池の水素の利用率偏
差ΔＵH1，ΔＵH2，ΔＵH3［％］は次式（９）〜（１
１）で表される。
2，ＵH3［％］および平均利用率ＵHav ［％］は、次式
（５）〜（８）で、また、各燃料電池の水素の利用率偏
差ΔＵH1，ΔＵH2，ΔＵH3［％］は次式（９）〜（１
１）で表される。
【００１５】
【数３】 ＵH1＝ΔＱH2／（ＶFC1 × CH2／100 ）×100 （５） ＵH2＝ΔＱH2／（ＶFC2 × CH2／100 ）×100 （６） ＵH3＝ΔＱH2／（ＶFC3 × CH2／100 ）×100 （７） ＵHav ＝（ＵH1＋ＵH2＋ＵH3）／３ （８） ΔＵH1＝（ＵH1／ＵHav −１）×100 （９） ΔＵH2＝（ＵH2／ＵHav −１）×100 （１０） ΔＵH3＝（ＵH3／ＵHav −１）×100 （１１） 通常の燃料電池発電装置では、構成する各燃料電池の水
素の利用率偏差が１％以内となるよう調整して運転され
ている。したがって、本実施例の構成においても、当初
の設定において上記の利用率偏差が１％以内であれば、
燃料ガス流量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの調整は不
要となる。
素の利用率偏差が１％以内となるよう調整して運転され
ている。したがって、本実施例の構成においても、当初
の設定において上記の利用率偏差が１％以内であれば、
燃料ガス流量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの調整は不
要となる。
【００１６】水素の利用率偏差が１％を超える場合に
は、以下のように、測定結果を用いて各燃料電池の燃料
ガスに対する抵抗係数を求め、目標流量に対して所定の
圧力損失となるよう燃料ガス流量調整用手動弁を操作し
て、利用率偏差が１％以内となるよう調整する。すなわ
ち、各燃料電池の圧力損失は流量の２乗に比例すると見
なされること、また、内部で消費されるので入口と出口
で流量が異なること、さらに、流量がゼロのときは圧力
損失もゼロであることを考慮すると、入口流量がＱ
0 ［Nm3/h ］のときの燃料電池の圧力損失ΔＰ0 は、
ａ，ｂを抵抗係数として、次式（１２）で表される。
は、以下のように、測定結果を用いて各燃料電池の燃料
ガスに対する抵抗係数を求め、目標流量に対して所定の
圧力損失となるよう燃料ガス流量調整用手動弁を操作し
て、利用率偏差が１％以内となるよう調整する。すなわ
ち、各燃料電池の圧力損失は流量の２乗に比例すると見
なされること、また、内部で消費されるので入口と出口
で流量が異なること、さらに、流量がゼロのときは圧力
損失もゼロであることを考慮すると、入口流量がＱ
0 ［Nm3/h ］のときの燃料電池の圧力損失ΔＰ0 は、
ａ，ｂを抵抗係数として、次式（１２）で表される。
【００１７】
【数４】 ΔＰ0 ＝ａ×Ｑ0 2 ＋ ｂ×Ｑ0 （１２） また、発電運転開始に先立って燃料ガスの総流量を一定
量Ｑ［Nm3/h ］に設定した際に各燃料電池に分流する燃
料ガスの流量の割合も発電運転時の流量の割合と同一と
見なされるので、各燃料電池の入口流量ＱFC1,ＱFC2,Ｑ
FC3 は、それぞれ式（１３）〜（１５）で表され、この
ときの各燃料電池の圧力損失の測定値はΔＰ1Q，ΔＰ2
Q，ΔＰ3Qである。
量Ｑ［Nm3/h ］に設定した際に各燃料電池に分流する燃
料ガスの流量の割合も発電運転時の流量の割合と同一と
見なされるので、各燃料電池の入口流量ＱFC1,ＱFC2,Ｑ
FC3 は、それぞれ式（１３）〜（１５）で表され、この
ときの各燃料電池の圧力損失の測定値はΔＰ1Q，ΔＰ2
Q，ΔＰ3Qである。
【００１８】
【数５】 ＱFC1 ＝Ｑ×ＶFC1 ／（ＶFC1 ＋ＶFC2 ＋ＶFC3 ） （１３） ＱFC2 ＝Ｑ×ＶFC2 ／（ＶFC1 ＋ＶFC2 ＋ＶFC3 ） （１４） ＱFC3 ＝Ｑ×ＶFC3 ／（ＶFC1 ＋ＶFC2 ＋ＶFC3 ） （１５） 一方、発電運転の測定結果から、各燃料電池の入口流量
がＶFC1,ＶFC2,ＶFC3［Nm3/h ］のときの各燃料電池の
圧力損失は、ΔＰ1V，ΔＰ2V，ΔＰ3Vである。したがっ
て、燃料電池１Ａについては、（ＱFC1 ，ΔＰ1Q）およ
び（ＶFC1 ，ΔＰ1V）を式（１２）に代入することによ
り連立方程式が得られ、抵抗係数ａ１，ｂ１が求まる。
同様に、燃料電池１Ｂについては、（ＱFC2 ，ΔＰ2Q）
および（ＶFC2 ，ΔＰ2V）より抵抗係数ａ2 ，ｂ2 が求
まり、燃料電池１Ｃについては、（ＱFC3 ，ΔＰ3Q）お
よび（ＶFC3 ，ΔＰ3V）より抵抗係数ａ3 ，ｂ3 が求ま
る。
がＶFC1,ＶFC2,ＶFC3［Nm3/h ］のときの各燃料電池の
圧力損失は、ΔＰ1V，ΔＰ2V，ΔＰ3Vである。したがっ
て、燃料電池１Ａについては、（ＱFC1 ，ΔＰ1Q）およ
び（ＶFC1 ，ΔＰ1V）を式（１２）に代入することによ
り連立方程式が得られ、抵抗係数ａ１，ｂ１が求まる。
同様に、燃料電池１Ｂについては、（ＱFC2 ，ΔＰ2Q）
および（ＶFC2 ，ΔＰ2V）より抵抗係数ａ2 ，ｂ2 が求
まり、燃料電池１Ｃについては、（ＱFC3 ，ΔＰ3Q）お
よび（ＶFC3 ，ΔＰ3V）より抵抗係数ａ3 ，ｂ3 が求ま
る。
【００１９】したがって、３個の燃料電池に燃料ガスを
均等に配分するように調整する場合には、上記の圧力損
失特性を考慮し、かつ各燃料電池の目標流量値を式（１
６）に示した平均流量Ｖavとして、各燃料電池の圧力損
失ΔＰ1av ，ΔＰ2av ，ΔＰ3av がそれぞれ次式（１
７）〜（１９）のごとくとなるように燃料ガス流量調整
用手動弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃを調整すればよい。
均等に配分するように調整する場合には、上記の圧力損
失特性を考慮し、かつ各燃料電池の目標流量値を式（１
６）に示した平均流量Ｖavとして、各燃料電池の圧力損
失ΔＰ1av ，ΔＰ2av ，ΔＰ3av がそれぞれ次式（１
７）〜（１９）のごとくとなるように燃料ガス流量調整
用手動弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃを調整すればよい。
【００２０】
【数６】 Ｖav ＝（ＶFC1 ＋ＶFC2 ＋ＶFC3 ）／３ （１６） ΔＰ1av ＝ａ1 ×（Ｖav）2 ＋ｂ1 ×（Ｖav） （１７） ΔＰ2av ＝ａ2 ×（Ｖav）2 ＋ｂ2 ×（Ｖav） （１８） ΔＰ3av ＝ａ3 ×（Ｖav）2 ＋ｂ3 ×（Ｖav） （１９） 手動弁の調整を行う際には、ＶFC1 、ＶFC2 、ＶFC3 の
うち最も流量の大きい燃料電池に連結された燃料ガス流
量調整用手動弁を閉方向に回して、各燃料電池の圧力損
失が、ΔＰ1av ，ΔＰ2av ，ΔＰ3av に近い値となるよ
う絞り込んだのち、再び各燃料電池の出口乾燥水素濃度
CF1,CF2,CF3 と圧力損失ΔＰ1V，ΔＰ2V，ΔＰ3Vを測定
し、前述のように利用率を算出して、利用率偏差が１％
以内にあるか否かを調べる。利用率偏差が１％を超えて
いる場合には、再度最も流量の大きい燃料電池に連結さ
れた燃料ガス流量調整用手動弁を閉方向に回して絞り込
む操作を繰り返す。
うち最も流量の大きい燃料電池に連結された燃料ガス流
量調整用手動弁を閉方向に回して、各燃料電池の圧力損
失が、ΔＰ1av ，ΔＰ2av ，ΔＰ3av に近い値となるよ
う絞り込んだのち、再び各燃料電池の出口乾燥水素濃度
CF1,CF2,CF3 と圧力損失ΔＰ1V，ΔＰ2V，ΔＰ3Vを測定
し、前述のように利用率を算出して、利用率偏差が１％
以内にあるか否かを調べる。利用率偏差が１％を超えて
いる場合には、再度最も流量の大きい燃料電池に連結さ
れた燃料ガス流量調整用手動弁を閉方向に回して絞り込
む操作を繰り返す。
【００２１】利用率偏差が１％以内になれば、燃料ガス
流量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整を完了
し、発電条件にあわせて燃料ガス流量制御弁３を制御し
て発電運転を行う。以上、燃料ガス流量調整用手動弁５
Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整方法について詳しく説明し
たが、空気流量調整用手動弁４Ａ、４Ｂ、４Ｃの開度の
調整も基本的に同一の方法により行われる。
流量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整を完了
し、発電条件にあわせて燃料ガス流量制御弁３を制御し
て発電運転を行う。以上、燃料ガス流量調整用手動弁５
Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整方法について詳しく説明し
たが、空気流量調整用手動弁４Ａ、４Ｂ、４Ｃの開度の
調整も基本的に同一の方法により行われる。
【００２２】ただし、本系統に供給されるのは空気であ
り、燃料電池内部で消費されるのは酸素であるので、燃
料電池入口におけるガス組成の測定では、前述の H2O，
H2，CO等に代わって H2O，N2，O2の割合を測定し、また
前述の乾燥水素濃度に代わって乾燥酸素濃度、すなわち
水蒸気を除いたガス中での酸素濃度を測定して、各燃料
電池の入口での空気流量を算定する。
り、燃料電池内部で消費されるのは酸素であるので、燃
料電池入口におけるガス組成の測定では、前述の H2O，
H2，CO等に代わって H2O，N2，O2の割合を測定し、また
前述の乾燥水素濃度に代わって乾燥酸素濃度、すなわち
水蒸気を除いたガス中での酸素濃度を測定して、各燃料
電池の入口での空気流量を算定する。
【００２３】また、通常の燃料電池発電装置の運転で
は、燃料ガス中の水素利用率に比較して空気中の酸素の
利用率は低く抑えられているので、複数台の燃料電池に
おける酸素の利用率偏差は、水素の場合より広くて良
く、２％以内であれば各燃料電池の運転に支障を生じる
おそれはない。したがって、空気流量調整用手動弁４
Ａ、４Ｂ、４Ｃは、利用率偏差が２％以内となるように
開度の調整を行えばよい。
は、燃料ガス中の水素利用率に比較して空気中の酸素の
利用率は低く抑えられているので、複数台の燃料電池に
おける酸素の利用率偏差は、水素の場合より広くて良
く、２％以内であれば各燃料電池の運転に支障を生じる
おそれはない。したがって、空気流量調整用手動弁４
Ａ、４Ｂ、４Ｃは、利用率偏差が２％以内となるように
開度の調整を行えばよい。
【００２４】したがって、利用率偏差が２％以内になれ
ば、空気流量調整用手動弁４Ａ、４Ｂ、４Ｃの開度の調
整を完了し、発電条件にあわせて空気流量制御弁２を制
御して発電運転を行うこととすればよい。なお、本発明
者の実プラントでの運転結果によれば、水素の利用率偏
差を１％以内にするために必要とした上述の燃料ガス流
量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整操作の繰
り返し回数、および、酸素の利用率偏差を２％以内にす
るために必要とした上述の空気流量調整用手動弁４Ａ、
４Ｂ、４Ｃの開度の調整操作の繰り返し回数は、最大２
回であり、短時間で、極めて容易に実施することができ
た。
ば、空気流量調整用手動弁４Ａ、４Ｂ、４Ｃの開度の調
整を完了し、発電条件にあわせて空気流量制御弁２を制
御して発電運転を行うこととすればよい。なお、本発明
者の実プラントでの運転結果によれば、水素の利用率偏
差を１％以内にするために必要とした上述の燃料ガス流
量調整用手動弁５Ａ、５Ｂ、５Ｃの開度の調整操作の繰
り返し回数、および、酸素の利用率偏差を２％以内にす
るために必要とした上述の空気流量調整用手動弁４Ａ、
４Ｂ、４Ｃの開度の調整操作の繰り返し回数は、最大２
回であり、短時間で、極めて容易に実施することができ
た。
【００２５】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、複数の
燃料電池に反応ガスを分配して供給する燃料電池発電装
置において、各燃料電池の反応ガスの供給配管に流量調
整用の手動弁を備え、かつ、これらの供給配管に反応ガ
スを分配する主配管に流量制御弁を備えることとし、各
燃料電池の反応ガスの圧力損失が規定値となるよう各手
動弁の開度を設定したのち、主配管に備えた流量制御弁
を制御し、各燃料電池に供給する反応ガスの流量を制御
して運転することとしたので、反応ガス供給系統に組み
込まれる弁が安価となるとともに、制御系統が簡素化さ
れてコストが約３５％低減され、かつ各燃料電池へ反応
ガスが安定して供給される燃料電池発電装置、およびそ
の運転方法が得られることとなった。
燃料電池に反応ガスを分配して供給する燃料電池発電装
置において、各燃料電池の反応ガスの供給配管に流量調
整用の手動弁を備え、かつ、これらの供給配管に反応ガ
スを分配する主配管に流量制御弁を備えることとし、各
燃料電池の反応ガスの圧力損失が規定値となるよう各手
動弁の開度を設定したのち、主配管に備えた流量制御弁
を制御し、各燃料電池に供給する反応ガスの流量を制御
して運転することとしたので、反応ガス供給系統に組み
込まれる弁が安価となるとともに、制御系統が簡素化さ
れてコストが約３５％低減され、かつ各燃料電池へ反応
ガスが安定して供給される燃料電池発電装置、およびそ
の運転方法が得られることとなった。
【図１】本発明の燃料電池発電装置の複数の燃料電池へ
の反応ガスの分配制御方法を示す要部の配管系統図
の反応ガスの分配制御方法を示す要部の配管系統図
【図２】従来の燃料電池発電装置の複数の燃料電池への
反応ガスの分配制御方法を示す要部の配管系統図
反応ガスの分配制御方法を示す要部の配管系統図
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 燃料電池 ２ 空気流量制御弁 ３ 燃料ガス流量制御弁 ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 空気流量調整用手動弁 ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 燃料ガス流量調整用手動弁
Claims (2)
- 【請求項１】複数の燃料電池に反応ガスを分配して供給
する燃料電池発電装置において、各燃料電池の反応ガス
の供給配管に流量調整用の手動弁を備え、かつ、これら
の供給配管に反応ガスを分配する主配管に流量制御弁を
備えてなることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】複数の燃料電池の反応ガスの供給配管に流
量調整用の手動弁を備え、これらの供給配管に反応ガス
を分配する主配管に流量制御弁を備えた燃料電池発電装
置の運転方法において、 各燃料電池の反応ガスの目標流量に対する圧力損失が規
定値となるよう各手動弁の開度を設定したのち、主配管
に備えた流量制御弁を制御し、各燃料電池に供給する反
応ガスの流量を制御して運転することを特徴とする燃料
電池発電装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10206119A JP2000040518A (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 燃料電池発電装置およびその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10206119A JP2000040518A (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 燃料電池発電装置およびその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040518A true JP2000040518A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=16518118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10206119A Pending JP2000040518A (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | 燃料電池発電装置およびその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000040518A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032290A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Kyocera Corp | 燃料電池発電装置 |
| JP2006164872A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006269128A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Daihatsu Motor Co Ltd | 燃料電池装置 |
| JP2008535191A (ja) * | 2005-04-06 | 2008-08-28 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 低温燃料電池スタックとその動作方法 |
| JP2009158349A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池スタック用配管構造 |
| CN114188568A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-15 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法 |
-
1998
- 1998-07-22 JP JP10206119A patent/JP2000040518A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032290A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Kyocera Corp | 燃料電池発電装置 |
| JP2006164872A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006269128A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Daihatsu Motor Co Ltd | 燃料電池装置 |
| JP2008535191A (ja) * | 2005-04-06 | 2008-08-28 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 低温燃料電池スタックとその動作方法 |
| JP2009158349A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池スタック用配管構造 |
| CN114188568A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-15 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法 |
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