JP2002231280A

JP2002231280A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP2002231280A
Application number: JP2001022181A
Authority: JP
Inventors: Fusayuki Nanjo; 房幸南條; Koichi Takenobu; 弘一武信; Yasuhiko Ikemoto; 泰彦池本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの各アノードに効率よく燃
料成分を供給可能であり、かつ、簡易かつ低コストで構
成できる燃料電池装置の提供。【解決手段】燃料電池装置１は、ケーシング部４に設
けられたスタック室６に配置された第１燃料電池スタッ
ク１１〜第３燃料電池スタック１３を有し、各燃料電池
スタック１１〜１３に対しては、それぞれのアノード反
応ガス入口と連通すると共に燃料ガス供給部３２から供
給される燃料ガスを駆動流体とする入口エゼクタ３５ａ
〜３５ｃが設けられており、スタック室６と各入口エゼ
クタ３５ａ〜３５ｃとは、連通部３７によって連通され
ており、連通部３７には、燃料ガス供給部３２から供給
される燃料ガスを駆動流体とする循環エゼクタ３８が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に関
し、特に、固体酸化物等からなる電解質膜をもった単セ
ルを複数積層させた燃料電池スタックを備える燃料電池
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、固体電解質型（固体酸化物
型）の燃料電池が広く知られている。かかる固体電解質
型燃料電池は、約８００〜１０００℃という高温下で作
動させるものであることから、ガスタービンや蒸気ター
ビンといったボトミングサイクルと組み合わせて複合発
電システムを構成し、燃料電池の排熱をボトミングサイ
クルにて回収することにより、高い発電効率を達成する
ことができる。固体電解質型燃料電池については、円筒
型、及び、平板型の２種類が開発されており、平板型の
固体電解質型燃料電池としては、例えば、特開平１０−
２１９４０号公報によって開示されたものが知られてい
る。

【０００３】同公報に記載されている燃料電池は、例え
ば、ジルコニアセラミック等の固体酸化物からなる電解
質膜をカソード（空気極）とアノード（燃料極）との間
に配置した単セル（発電膜）を、更に複数積層させて燃
料電池スタックとしたものである。このように構成され
た固体電解質型燃料電池によって電力を発生させる場
合、スタック温度を約８００〜１０００℃に設定すると
共に、カソードには、空気等の酸化用ガス（カソード反
応ガス）を、アノードには、メタンガス等の燃料ガス
（アノード反応ガス）を連続的に供給する。これによ
り、カソード、及び、アノードにおいて所定の電極反応
が進行すると共に、全電池反応が進行し、１体の単セル
から、およそ１．０Ｖの電圧を得ることができる。従っ
て、平板型の固体電解質型燃料電池では、多数の単セル
を積層させることにより、体積効率を良好に保ちつつ、
出力密度を向上させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上述したよう
な固体電解質型燃料電池装置では、燃料電池スタックの
各カソード及び各アノードに効率よく酸化用ガスや燃料
ガスを供給することが必要である。そして、燃料電池ス
タックの各アノードに効率よく燃料成分（水素）を供給
することは、燃料電池装置の性能を安定化させる上で極
めて重要である。特に、複合発電プラントに組み込むべ
く、単セルを複数積層させた燃料電池スタックを複数接
続して大型、高出力の燃料電池装置を構成するような場
合、何らかの工夫をして、各燃料電池スタックのすべて
のアノードに効率よく燃料成分（水素）を供給しなけれ
ばならない。

【０００５】そこで、本発明は、燃料電池スタックの各
アノードに効率よく燃料成分を供給可能であり、かつ、
簡易かつ低コストで構成できる燃料電池装置の提供を目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
による燃料電池装置は、カソードとアノードとの間に電
解質膜を配置した単セルを複数積層させた燃料電池スタ
ックを有し、燃料電池スタックの各カソードにカソード
反応ガスを供給すると共に、燃料電池スタックの各アノ
ードにアノード反応ガスを供給し、電気化学反応によっ
て電力を得る燃料電池装置において、燃料電池スタック
の各カソードにカソード反応ガスを供給するカソード反
応ガス供給部と、燃料電池スタックの各アノードにアノ
ード反応ガスを供給するアノード反応ガス供給部と、燃
料電池スタックが配置されるスタック室と、燃料電池ス
タックのアノード反応ガス入口と連通しており、アノー
ド反応ガス供給部から供給されるアノード反応ガスを駆
動流体とする入口エゼクタと、スタック室と入口エゼク
タとを連通する連通部と、連通部に設けられており、ア
ノード反応ガス供給部から供給されるアノード反応ガス
を駆動流体とする循環エゼクタとを備えることを特徴と
する。

【０００７】この燃料電池装置は、例えば、ジルコニア
セラミック等の固体酸化物からなる電解質膜をカソード
（空気極）とアノード（燃料極）との間に配置した単セ
ル（発電膜）を更に複数積層させた燃料電池スタックを
少なくとも１体備える。当該燃料電池スタックは、スタ
ック室内に配置される。燃料電池スタックから電力を得
る際には、スタック温度を約８００〜１０００℃に設定
すると共に、燃料電池スタックの各カソードに、カソー
ド反応ガス供給部からカソード反応ガスを供給し、燃料
電池スタックの各アノードに、アノード反応ガス供給部
からアノード反応ガスを供給する。そして、電極反応の
進行に伴い、各カソード及び各アノードからは、カソー
ド排ガス及びアノード排ガスが排出される。アノード排
ガスは、各アノードからスタック室に排出された後、カ
ソード排ガスと共に燃焼等させられ、装置外に排出され
る。

【０００８】ここで、この燃料電池装置では、アノード
反応ガス供給部から供給されるアノード反応ガスを駆動
流体とする入口エゼクタが燃料電池スタックのアノード
反応ガス入口と連通するように配置されている。また、
スタック室と入口エゼクタとは、連通部を介して互いに
連通しており、当該連通部には、アノード反応ガス供給
部から供給されるアノード反応ガスを駆動流体とする循
環エゼクタが配置されている。

【０００９】これにより、燃料電池装置の稼働中、循環
エゼクタにおいてアノード反応ガス供給部から供給され
るアノード反応ガスの速度エネルギが圧力エネルギに変
換され、スタック室内のアノード排ガスが連通部を介し
て入口エゼクタの上流側まで吸引される。更に、入口エ
ゼクタにおいても、アノード反応ガス供給部から供給さ
れるアノード反応ガスの速度エネルギが圧力エネルギに
変換されるので、循環エゼクタによってスタック室内か
ら吸引されたアノード排ガスが、更に入口エゼクタによ
って吸引され、吸引されたアノード排ガスは、アノード
反応ガス供給部から直接供給されるアノード反応ガスと
混ざり合って燃料電池スタックの各アノードに供給され
ることになる。

【００１０】このように、この燃料電池装置では、入口
エゼクタと循環エゼクタとを作動させることにより、燃
料電池スタックの各アノードで反応して極めて高温とな
っており、かつ、燃料成分（水素）を含んでいるアノー
ド排ガスを燃料電池スタックの各アノードに再供給する
ことができる。従って、この燃料電池装置によれば、簡
易かつ低コストな構成によって、燃料電池スタックの各
アノードに効率よく燃料成分を供給可能である。また、
入口エゼクタと循環エゼクタとに供給する駆動流体とし
てのアノード反応ガスの流量を制御すれば、燃料電池ス
タックの各アノードに供給する燃料成分の量も容易に制
御可能である。

【００１１】そして、この燃料電池装置では、装備する
燃料電池スタックの数を増加させても、各燃料電池スタ
ックに入口エゼクタを設ければ、それぞれの燃料電池ス
タックの各アノードに効率よく燃料成分を供給すること
ができる。更に、高温のアノード排ガスを再循環させる
ことにより、燃料電池スタックの各アノードに供給され
るアノード反応ガスを昇温させることができるので、ア
ノード反応ガスを事前に予熱させる予熱器等の負担を低
減でき、装置全体をコンパクト化することができる。

【００１２】また、本発明による燃料電池装置におい
て、連通部は、入口エゼクタと連通すると共に、スタッ
ク室と共に循環路を形成するものであると好ましい。

【００１３】このような構成を採用すれば、循環エゼク
タによってスタック室から吸引したアノード排ガスを再
度、スタック室に導入することが可能となる。すなわ
ち、このような構成のもとでは、アノード排ガスをスタ
ック室と入口エゼクタとの間で常時循環させることがで
きるので、燃料電池スタックの各アノードに供給する燃
料成分の量をより増大化させ、燃料電池スタックの各ア
ノードにおける燃料成分の利用率（反応効率）をより向
上させることができる。

【００１４】更に、本発明による燃料電池装置におい
て、燃料電池スタックは、所定数の単セルを積層させた
単位スタックを複数連結させたものであり、スタック室
には、当該燃料電池スタックが複数配置されており、各
燃料電池スタックのアノード反応ガス入口には、連通部
と連なる入口エゼクタがそれぞれ設けられていると好ま
しい。

【００１５】このように、所定数の単セルを積層させた
単位スタックを複数連結させて燃料電池スタック（単位
スタック連結体）を構成することにより、単位スタック
毎にカソード反応ガスやアノード反応ガスを供給するこ
とができるので、各単セルのカソード及びアノードに対
して均一にカソード反応ガスやアノード反応ガスを供給
することが可能となる。そして、単位スタックを複数連
結させた燃料電池スタックを複数用いることにより、燃
料電池装置を容易に高出力化、大型化することができ
る。

【００１６】また、本発明による燃料電池装置におい
て、各燃料電池スタック毎に設けられており、各燃料電
池スタックの電流値を計測する電流計と、各入口エゼク
タ及び循環エゼクタ毎に設けられており、各入口エゼク
タ及び循環エゼクタに供給するアノード反応ガスの流量
を調整する流量調整手段と、各電流計の計測値に基づい
て、各流量調整手段を制御する制御手段を更に備えると
好ましい。

【００１７】このような構成を採用すれば、各燃料電池
スタックに対して、それぞれの作動状況に応じるように
アノード反応ガスを流量調整しながら供給できると共
に、各燃料電池スタックを個別に温度制御することが可
能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による燃料電池装置の好適な実施形態について詳細に説
明する。

【００１９】図１は、本発明による燃料電池装置を模式
的に示す概略構成図である。同図に示すように、燃料電
池装置１は、架台２によって支持された基部３と、基部
３を覆うように配置されたケーシング部４とを有する。
ケーシング部４は、図１に示すように、水平に配置され
た隔壁５によって上下２分割されており、ケーシング部
４内には、下側（基部３側）にスタック室６が、上側に
燃焼室７が画成される。そして、スタック室６には、複
数（本実施形態では、３体）の燃料電池スタック、すな
わち、第１燃料電池スタック１１、第２燃料電池スタッ
ク１２、及び、第３燃料電池スタック１３が並列に電気
接続された状態で横並びに配置されている。第１燃料電
池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３は、図１に
示すように、セラミック等の高い耐熱性を有する素材に
よって箱状に形成されたキャニスタ８に収容された状態
でスタック室６内に配置される。

【００２０】第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池
スタック１３は、図２に示すように、単位スタック１４
を複数（本実施形態では、１０体）を横方向列状に連結
させた単位スタック連結体として構成されている。各単
位スタック１４は、単セル１５を所定数（本実施形態で
は、１０枚）積層させたものである。各単位スタック１
４を構成する単セル１５は、図３に示すように、ジルコ
ニアセラミック等の固体酸化物によって略正方形状（１
辺２０ｃｍ程度）に形成された電解質膜１６の一方の面
にカソード材を、他方の面にアノード材をそれぞれ成膜
させることにより、電解質膜１６をカソード１７（空気
極）とアノード１８（燃料極）との間に配置したもので
ある。

【００２１】また、単セル１５には、図３に示すよう
に、カソード１７側の面から突出するカソード側凸部１
９と、アノード１８側の面から突出するアノード側凸部
２０とが所定の間隔を隔てて互い違いに形成されてい
る。そして、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池
スタック１３を構成する際には、図４に示すように、単
セル１５と、正方形平板状のインタコネクタ２１とを交
互に積層させる。これにより、図３に示すように、単セ
ル１５を構成するカソード１７の表面とインタコネクタ
２１とにより、空気流路２２が画成され、アノード１８
の表面とインタコネクタ２１とにより、燃料ガス流路２
３が画成される。

【００２２】更に、単セル１５のカソード１７側の面と
インタコネクタ２１とは、図４における上下両縁部がシ
ール材によって封止され、左右両側に開口部２４が形成
される。そして、各開口部２４は、各単位スタック１４
の両側に取り付けられる空気入口マニホールド１４ａ
（図２参照）、又は、空気出口マニホールド１４ｂ（図
２参照）と接続される。これにより、各空気入口マニホ
ールド１４ａに空気入口１４ｃ（図２参照）を介して、
酸化用ガスとしての空気を導入すれば、空気は、各単位
セル１５のカソード１７に面する空気流路２２を流通
し、これにより、各単セル１５のカソード１７で所定の
電極反応を進行させることができる。そして、電極反応
によって発生したカソード排ガスは、空気出口マニホー
ルド１４ｂ、空気出口１４ｄ（図２参照）からスタック
室６を介して燃焼室７内に排出されることになる。

【００２３】また、単セル１５のアノード１８側の面と
インタコネクタ２１とは、図４における左右両縁部がシ
ール材によって封止され、上下両縁に開口部２５が形成
される。そして、各開口部２５のうち、下側に位置する
開口部２５は、キャニスタ８に形成されている開口部８
ａと連通する。これにより、キャニスタ８の開口部８ａ
にメタンガス等の燃料ガスを導入すれば、燃料ガスは、
各単位セル１５の下側の開口部２５から、アノード１８
に面する燃料ガス流路２３に流れ込み、これにより、各
単セル１５のアノード１８で所定の電極反応を進行させ
ることができる。そして、電極反応によって発生したア
ノード排ガスは、各単位セル１５の上側の開口部２５か
らスタック室６及び燃焼室７内に排出されることにな
る。

【００２４】このように、複数の単セル１５を積層させ
た単位スタック１４を更に複数連結させて第１燃料電池
スタック１１〜第３燃料電池スタック１３を構成するこ
とにより、単位スタック１４毎に酸化用ガスとしての空
気（カソード反応ガス）や燃料ガス（アノード反応ガ
ス）を供給することができるので、各単セル１５のカソ
ード１７及びアノード１８に対して均一に空気や燃料ガ
スを供給することが可能となる。そして、単位スタック
１４を複数連結させた第１燃料電池スタック１１〜第３
燃料電池スタック１３を複数用いることにより、燃料電
池装置１を容易に高出力化、大型化することができる。

【００２５】一方、燃料電池装置１には、図１に示すよ
うに、上述した第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電
池スタックに対して、酸化用ガスとしての空気（カソー
ド反応ガス）を供給するための空気供給部３０が備えら
れている。空気供給部３０は、ブロア等を含み、空気ラ
インを介して、ケーシング部４内の燃焼室７に設けられ
た空気予熱器３１に接続されている。

【００２６】また、燃焼室７には、図示しないバーナが
備えられており、空気予熱器３１には、第１燃料電池ス
タック１１〜第３燃料電池スタック１３から排出された
後、当該バーナによって燃焼させられたカソード排ガス
及びアノード排ガスが熱源として供給される。これによ
り、空気供給部３０からの空気は、空気予熱器３１にお
いて、燃焼させられたカソード排ガス及びアノード排ガ
スと熱交換し、燃料電池スタックの作動温度近傍（約８
００〜１０００℃）まで昇温させられる。そして、昇温
した酸化用ガスとしての空気は、空気予熱器３１から、
配管、及び、空気入口１４ｃを介して、空気入口マニホ
ールド１４ａに供給される。

【００２７】また、燃料電池装置１には、図１に示すよ
うに、上述した第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電
池スタックに対して、メタンガス等の燃料ガス（アノー
ド反応ガス）を供給するための燃料ガス供給部３２が備
えられている。燃料ガス供給部３２は、ファン３３に接
続されており、ファン３３の吐出口には、中途にそれぞ
れ流量調整弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を有する燃料ガス
供給ラインＬ１、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が接続されている。

【００２８】ここで、燃料電池装置１では、図１に示す
ように、基部３の内部に、第１燃料電池スタック１１、
第２燃料電池スタック１２、及び、第３燃料電池スタッ
ク１３を収容する各キャニスタ８の開口部８ａと連通す
る燃料ガスマニホールド３４が配置されている。また、
基部３の内部には、各燃料ガスマニホールド３４と連通
する入口エゼクタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃが第１燃料電
池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３に対応する
ように配置されている。これにより、各エゼクタ３５
ａ，３５ｂ，３５ｃは、各燃料ガスマニホールド３４、
各開口部８ａを介して、燃料電池スタックのアノード反
応ガス入口となる下側の開口部２５（図４参照）と連通
する。

【００２９】更に、各エゼクタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ
は、それぞれの流体入口側でヘッダ部３６と連通してお
り、ヘッダ部３６は、基部３の内部に形成されている連
通部３７と合流している。連通部３７は、流路として形
成されており、一端側と多端側それぞれがスタック室６
と連通しており、スタック室６と共に循環路を形成す
る。また、連通部３７の中途には、ヘッダ部３６との合
流部よりも上流側に位置するように循環エゼクタ３８が
設けられている。

【００３０】そして、図１に示すように、燃料ガス供給
ラインＬ１は、基部３に設けられている予熱器３９を介
して、第１燃料電池スタック１１に対応する入口エゼク
タ３５ａに導かれており、第１燃料電池スタック１１を
構成する各単位スタック１４（単セル１５）の各アノー
ド１８には、入口エゼクタ３５ａから燃料ガスが供給さ
れる。また、当該入口エゼクタ３５ａは、燃料ガス供給
部３２から供給される燃料ガスを駆動流体として利用す
る。同様に、燃料ガス供給ラインＬ２は、基部３に設け
られている予熱器３９を介して、第２燃料電池スタック
１２に対応する入口エゼクタ３５ｂに導かれており、第
２燃料電池スタック１２を構成する各単位スタック１４
の各アノード１８には、入口エゼクタ３５ｂから燃料ガ
スが供給される。また、当該入口エゼクタ３５ｂは、燃
料ガス供給部３２から供給される燃料ガスを駆動流体と
して利用する。

【００３１】そして、燃料ガス供給ラインＬ３は、基部
３に設けられている予熱器３９を介して、第３燃料電池
スタック１３に対応する入口エゼクタ３５ｃに導かれて
おり、第３燃料電池スタック１３を構成する各単位スタ
ック１４の各アノード１８には、入口エゼクタ３５ｃを
介して燃料ガスが供給される。また、当該入口エゼクタ
３５ｃは、燃料ガス供給部３２から供給される燃料ガス
を駆動流体として利用する。更に、燃料ガス供給ライン
Ｌ４は、基部３に設けられている予熱器３９を介して、
循環エゼクタ３８に導かれており、当該循環エゼクタ３
８も、燃料ガス供給部３２から供給される燃料ガスを駆
動流体として利用する。

【００３２】図５は、上述した各流量調整弁Ｖ１〜Ｖ４
を開閉制御するため構成を示すの制御ブロック図であ
る。同図に示すように、各流量調整弁Ｖ１〜Ｖ４は、制
御装置４０に接続されており、制御装置４０から送出さ
れる制御信号によって開閉制御される。また、燃料電池
装置１には、第１電流計４１、第２電流計４２、第３電
流計４３、及び、第４電流計４４が備えられている。第
１電流計４１は、第１燃料電池スタック１１が発生する
電流値を計測し、第１電流計４２は、第２燃料電池スタ
ック１２が発生する電流値を計測する。

【００３３】また、第３電流計４３は、第３燃料電池ス
タック１３が発生する電流値を計測し、第４電流計４４
は、電気接続された第１燃料電池スタック１１〜第３燃
料電池スタック１３の接続部に設けられており、第１燃
料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３が発生
するトータルの電流値を計測する。第１電流計４１〜第
４電流計４４は、何れも、制御装置４０に接続されてお
り、計測した電流値を示す信号を制御装置４０に送出す
る。制御装置４０は、例えば、マイクロプロセッサ等か
らなり、予め記憶されているプログラム等に従うと共
に、第１電流計４１〜第４電流計４４から受け取った信
号に基づいて、計測された電流値に応じた各流量調整弁
Ｖ１〜Ｖ４の開度を示す信号を生成する。

【００３４】次に、上述した燃料電池装置１の動作につ
いて説明する。

【００３５】燃料電池装置１の第１燃料電池スタック１
１〜第３燃料電池スタック１３から電力を得る際には、
第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３
のスタック温度を約８００〜１０００℃に設定すると共
に、各流量調整弁Ｖ１〜Ｖ４の開度をそれぞれ所定値に
設定し、空気供給部３０、燃料ガス供給部３２、ファン
３３を作動させる。これにより、空気供給部３０から空
気予熱器３１に酸化用ガスとしての空気が供給され、空
気予熱器３１でスタック温度近傍（約８００〜１０００
℃）に予熱された空気が、空気入口１４ｃ、空気入口マ
ニホールド１４ａ等を介して、第１燃料電池スタック１
１〜第２燃料電池スタック１３を構成する各単位スタッ
ク１４の各カソード１７に対して連続的に供給される。

【００３６】また、第１燃料電池スタック１１〜第３燃
料電池スタック１３に対応する各エゼクタ３５ａ〜３５
ｃには、燃料ガス供給ラインＬ１〜Ｌ３、流量調整弁Ｖ
１〜Ｖ３、予熱器３９を介して、燃料ガス供給部３２か
らの燃料ガスがファン３３によって圧送される。そし
て、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック
１３を構成する各単位スタック１４の各アノード１８に
は、各エゼクタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ、各燃料ガスマ
ニホールド３４、各開口部８ａ等を介して、燃料ガスが
連続的に供給される。

【００３７】このようにして、第１燃料電池スタック１
１〜第３燃料電池スタック１３の各カソード１７に空気
が、各アノード１８に燃料ガスがそれぞれ供給される
と、各カソード１７及び各アノード１８において、所定
の電極反応が進行し、第１燃料電池スタック１１〜第３
燃料電池スタック１３から電力を得ることができる。ま
た、電極反応の進行に伴い、各カソード１７から、カソ
ード排ガスが空気出口マニホールド１４ｂ、空気出口１
４ｄ、及び、スタック室６を介して燃焼室７内に排出さ
れることになる。更に、各アノード１８から、アノード
排ガスが各単位セル１５の上側の開口部２５からスタッ
ク室６及び燃焼室７内に排出されることになる。

【００３８】ここで、上述したように、燃料電池装置１
の稼働中、連通部３７に設けられている循環エゼクタ３
８において、燃料ガス供給部３２から供給される燃料ガ
スが駆動流体として利用される。同様に、第１燃料電池
スタック１１〜第３燃料電池スタック１３にそれぞれ対
応するように設けられている入口エゼクタ３５ａ〜３５
ｃでは、燃料ガス供給部３２から供給される燃料ガスが
駆動流体として利用される。

【００３９】従って、循環エゼクタ３８において、燃料
ガス供給部３２及びファン３３から供給される燃料ガス
の速度エネルギが圧力エネルギに変換され、スタック室
６内のアノード排ガスが連通部３７を介して各入口エゼ
クタ３５ａ〜３５ｃの上流側まで吸引される。また、各
入口エゼクタ３５ａ〜３５ｃにおいても、燃料ガス供給
部３２から供給される燃料ガスの速度エネルギが圧力エ
ネルギに変換されるので、循環エゼクタ３８によってス
タック室６内から吸引されたアノード排ガスが、更に各
入口エゼクタ３５ａ〜３５ｃによって吸引され、吸引さ
れたアノード排ガスは、燃料ガス供給部３２から直接供
給される燃料ガスと混ざり合って第１燃料電池スタック
１１〜第３燃料電池スタック１３を構成する単位スタッ
ク１４の各アノード１８に供給されることになる。

【００４０】このように、燃料電池装置１では、各入口
エゼクタ３５ａ〜３５ｃと循環エゼクタ３８とを作動さ
せることにより、第１燃料電池スタック１１〜第３燃料
電池スタック１３の各アノード１８で反応して極めて高
温となっており、かつ、燃料成分（水素）を含んでいる
アノード排ガスを、第１燃料電池スタック１１〜第３燃
料電池スタック１３の各アノード１８に再供給すること
ができる。従って、この燃料電池装置１によれば、簡易
かつ低コストな構成によって、第１燃料電池スタック１
１〜第３燃料電池スタック１３の各アノード１８に効率
よく燃料成分を供給可能である。

【００４１】また、燃料電池装置１の稼働中、第１電流
計４１は、第１燃料電池スタック１１が発生する電流値
を計測し、第２電流計４２は、第２燃料電池スタック１
２が発生する電流値を計測する。また、第３電流計４３
は、第３燃料電池スタック１３が発生する電流値を計測
し、第４電流計４４は、電気接続された第１燃料電池ス
タック１１〜第３燃料電池スタック１３の接続部にて、
第１燃料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３
が発生するトータルの電流値を計測する。そして、各電
流計４１〜４４は、計測した電流値を示す信号を制御装
置４０に与える。制御装置４０は、第１電流計４１〜第
４電流計４４から受け取った信号に基づいて、計測され
た電流値に応じた各流量調整弁Ｖ１〜Ｖ４の開度を示す
信号を生成し、生成した制御信号を各流量調整弁Ｖ１〜
Ｖ４に与える。

【００４２】これにより、各入口エゼクタ３５ａ〜３５
ｃに供給される燃料ガスの流量は、第１燃料電池スタッ
ク１１〜第３燃料電池スタック１３が個別に発生する電
流の値に応じて適宜調整され、循環エゼクタ３８に供給
される燃料ガスの流量は、第１燃料電池スタック１１〜
第３燃料電池スタック１３の全体が発生する電流の値に
応じて適宜調整される。この結果、第１燃料電池スタッ
ク１１〜第３燃料電池スタック１３に対して、それぞれ
の作動状況に応じるように燃料ガスを流量調整しながら
供給できると共に、第１燃料電池スタック１１〜第３燃
料電池スタック１３を個別に温度制御することが可能と
なる。

【００４３】更に、基部３に設けられている連通部３７
は、各入口エゼクタ３５ａ〜３５ｃと連通すると共に、
スタック室６と共に循環路を形成することから、循環エ
ゼクタ３８によってスタック室６から吸引したアノード
排ガスを再度、スタック室６に導入することが可能とな
る。すなわち、このような構成のもとでは、アノード排
ガスをスタック室６と各入口エゼクタ３５ａ〜３５ｃと
の間で常時循環させることができるので、第１燃料電池
スタック１１〜第３燃料電池スタック１３の各アノード
１８に供給する燃料成分の量をより増大化させ、第１燃
料電池スタック１１〜第３燃料電池スタック１３の各ア
ノード１８における燃料成分の利用率（反応効率）をよ
り向上させることができる。

【００４４】そして、高温のアノード排ガスを再循環さ
せることにより、第１燃料電池スタック１１〜第３の各
アノード１８に供給される燃料ガスを昇温させることが
できるので、燃料ガスを事前に予熱させるための予熱器
３９の負担を低減でき、装置全体をコンパクト化するこ
とができる。また、燃料電池装置１では、例えば、直列
に電気接続させた燃料電池スタックを更に並列に電気接
続させる等して、装備する燃料電池スタックの数を更に
増加させても、各燃料電池スタックに入口エゼクタを設
ければ、それぞれの燃料電池スタックの各アノードに効
率よく燃料成分を供給することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明による燃料電池装置は、以上説明
したように構成されているため、次のような効果を得
る。すなわち、アノード反応ガス供給部から供給される
アノード反応ガスを駆動流体とする入口エゼクタを燃料
電池スタックのアノード反応ガス入口と連通するように
設け、スタック室と入口エゼクタとを連通させ、アノー
ド反応ガス供給部から供給されるアノード反応ガスを駆
動流体とする循環エゼクタを連通部に設けることによ
り、燃料電池スタックの各アノードに効率よく燃料成分
を供給することができると共に、燃料電池装置を簡易か
つ低コストで構成可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池装置を模式的に示す概略
構成図である。

【図２】図１に示す燃料電池装置に備えられている燃料
電池スタックの斜視図である。

【図３】図２に示す燃料電池スタックの各単位スタック
を構成する単セルを示す断面図である。

【図４】図２に示す燃料電池スタックを構成する単位ス
タックの分解斜視図である。

【図５】図１に示す各流量調整弁を開閉制御するための
構成を示す制御ブロック図である。

【符号の説明】

１…燃料電池装置、３…基部、４…ケーシング部、５…
隔壁、６…スタック室、７…燃焼室、８…キャニスタ、
１１…第１燃料電池スタック、１２…第２燃料電池スタ
ック、１３…第３燃料電池スタック、１４…単位スタッ
ク、１４ａ…空気入口マニホールド、１４ｂ…空気出口
マニホールド、１４ｃ…空気入口、１４ｄ…空気出口、
１５…単セル、１６…電解質膜、１７…カソード、１８
…アノード、１９…カソード側凸部、２０…アノード側
凸部、２１…インタコネクタ、２２…空気流路、２３…
燃料ガス流路、２４，２５…開口部、３０…空気供給
部、３１…空気予熱器、３２…燃料ガス供給部、３３…
ファン、３４…燃料ガスマニホールド、３５ａ，３５
ｂ，３５ｃ…入口エゼクタ、３７…連通部、３８…循環
エゼクタ、４０…制御装置、４１，４２，４３，４４…
電流計、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…流量調整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池本泰彦兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BA19 KK56 MM08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソードとアノードとの間に電解質膜を
配置した単セルを複数積層させた燃料電池スタックを有
し、前記燃料電池スタックの各カソードにカソード反応
ガスを供給すると共に、前記燃料電池スタックの各アノ
ードにアノード反応ガスを供給し、電気化学反応によっ
て電力を得る燃料電池装置において、前記燃料電池スタックの各カソードにカソード反応ガス
を供給するカソード反応ガス供給部と、前記燃料電池スタックの各アノードにアノード反応ガス
を供給するアノード反応ガス供給部と、前記燃料電池スタックが配置されるスタック室と、前記燃料電池スタックのアノード反応ガス入口と連通し
ており、前記アノード反応ガス供給部から供給されるア
ノード反応ガスを駆動流体とする入口エゼクタと、前記スタック室と前記入口エゼクタとを連通する連通部
と、前記連通部に設けられており、前記アノード反応ガス供
給部から供給されるアノード反応ガスを駆動流体とする
循環エゼクタとを備えることを特徴とする燃料電池装
置。
【請求項２】前記連通部は、前記入口エゼクタと連通
すると共に、前記スタック室と共に循環路を形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】前記燃料電池スタックは、所定数の単セ
ルを積層させた単位スタックを複数連結させたものであ
り、前記スタック室には、当該燃料電池スタックが複数
配置されており、前記各燃料電池スタックの前記アノー
ド反応ガス入口には、前記連通部と連なる入口エゼクタ
がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又
は２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】前記各燃料電池スタック毎に設けられて
おり、前記各燃料電池スタックの電流値を計測する電流
計と、前記各入口エゼクタ及び前記循環エゼクタ毎に設
けられており、前記各入口エゼクタ及び前記循環エゼク
タに供給するアノード反応ガスの流量を調整する流量調
整手段と、前記各電流計の計測値に基づいて、前記各流
量調整手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴
とする請求項３に記載の燃料電池装置。