JP2005123142A - 燃料電池の運転装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 反応ガスの供給源からの供給量を一定に維持しつつ、分割型の燃料電池A,Bの入口側に通流させる反応ガス流路2を分岐して配置する。燃料電池A,Bの運転中に、発電性能を監視する監視手段(セルVモニタ10,11)が電圧低下を検知すると、低下した側の分岐された反応ガス分流路4,7の分流量または圧力を高め、反対側を下げるように制御して反応ガスを流すようにした。
【選択図】 図1
Description
図1に示すように、第1実施形態に係る燃料電池の運転装置Sは、一対の組み合わせで並列に配置した燃料電池Aおよび燃料電池Bと、各燃料電池A,Bの入口側に接続した1つの反応ガス流路2から分岐した反応ガス分流路4,7と、分岐部に設けた入口弁3と、各燃料電池A,Bの出口側の反応ガス流路5,8に設けた圧力調整弁12,13と、各燃料電池A,Bの電圧を監視するセルVモニタ10,11と、該セルVモニタ10,11からの電圧信号を所定値と比較判断することにより前記入口弁3および前記圧力調整弁12,13を制御するコントロールユニット14とから主として構成される。なお、以下の説明において、この一対に組み合わされた燃料電池A、燃料電池Bを、分割型の燃料電池A、燃料電池Bと称することがある。
図1に示すように、燃料電池の運転装置Sの運転に際して、電気的に並列接続した状態で2基の燃料電池A、燃料電池Bに対して燃料ガス供給源から供給される燃料ガスを所定量に分配して供給されるように設定されている。まず、燃料極へ供給される燃料ガスは、燃料ガス流路2Bを通って三方弁からなる燃料ガス入口弁3Bへ給送され、この燃料ガス入口弁3Bで分岐され、一方の燃料ガスは、燃料ガス分流路4Bを通り燃料電池Aの燃料ガス入口へと分配供給される。また、前記燃料ガス入口弁3Bで分岐された他方の燃料ガスは、燃料ガス分流路7Bを通り燃料電池Bの燃料ガス入口へと分配供給される。
図7を参照して、第1実施形態の制御フローについて説明する。初期設定を行った後、燃料電池の運転装置Sの運転を開始する。ステップ1において、燃料電池A、燃料電池Bに設けたセルVモニタ10、セルVモニタ11により燃料電池Aの電圧Va、燃料電池Bの電圧Vbの電圧信号をコントロールユニット14に送信しつつ個別の発電電圧を監視する。ステップ2において、監視される電圧Vaもしくは電圧Vbが所定値以下であるか否かをコントロールユニット14により判断する。この場合、所定値は、前記したように、フラッティング等によって燃料電池の発電安定性が低下したと判断しうる境界電圧である。Noである場合は、正常な状態と判断して終了し、制御ステップが繰り返される。Yesであれば、発電安定性が低下したと判断され、ステップ3へと進む。ステップ3では、燃料電池A、燃料電池Bのうち、電圧が低下した方の燃料電池側の空気入口弁3Aおよび燃料ガス入口弁3Bの弁開度の比率を増大する。これにより、低下した方の燃料電池側へ供給する反応ガスの流量を増加させる。これと同時に、弁開度を増大した方とは逆側の弁開度を同比率だけ減少させて、逆側の燃料電池側へ供給する反応ガスの流量を同比率だけ減少させる制御が行われる。その後、ステップ4へ進む。ステップ4では、燃料電池A、燃料電池Bの各燃料電池の入口圧力がほぼ均等な一定圧となるように、出口側の空気圧力調整弁12A,12Bおよび燃料ガス圧力調整弁13A,13Bの弁の開閉度を制御する。そして、電圧が低下した方の燃料電池側の圧力が回復して、反対側の低下しない燃料電池側の圧力にほぼ等しくなると、電圧が復活して発電の安定性が回復したと判断されて、制御を終了し、再び制御ステップが繰り返される。
次に、本発明における第2実施形態について図5に基づいて、適宜図6を参照しつつ説明する。
第2実施形態の燃料電池の運転装置Sは、図5に示すように、第1実施形態の構成に加えて、空気供給源としてエアコンプレッサ30を配設するとともに、燃料ガスの供給流路にエゼクタ32を配設することを主として構成した。エゼクタ32を配設した燃料ガス流路2Bの上流側に燃料ガス供給源からの供給量を調整する燃料ガス供給調節弁31を配設する。そして、燃料ガスの排出側の燃料ガス流路9Bに燃料ガス循環取入部33を配設する。このエゼクタ32を配設した構成により、燃料電池A、燃料電池Bから排出された燃料ガスの一部または大部分を燃料ガス循環取入部33から取り入れて、燃料ガス循環路34を通じて入口側へと還流させる。これにより、一度燃料電池の発電に使用した燃料ガスを再度燃料電池の発電に供することで、排出される燃料ガスの有効利用を図るものである。この燃料ガス循環取入部33には、三方弁等からなる流量調整弁を配設してもよい。なお、前記エゼクタ32は、高圧燃料ガス供給源の圧力エネルギを利用して燃料ガスの循環を行うための公知のジェットポンプの一種である。
図8を参照して、第2実施形態の制御フローについて説明する。第2実施形態の制御フローは、ステップ2までの第1実施形態の制御フローと同じなので、詳しい説明を省略する。ステップ3では、燃料電池A、燃料電池Bのうち、電圧が低下した方の燃料電池側のみ空気入口弁3Aおよび燃料ガス入口弁3Bの弁開度の比率を増大し、ステップ4へ進む。ステップ4では、空気入口弁3Aの弁開度を増大した分に相当する空気量を供給するようエアコンプレッサ30に対して制御指令を出し、エアコンプレッサ30の回転を上昇させて、ステップ5へ進む。ステップ5では、電圧が低下した方の燃料電池の入口圧力が、反対側の燃料電池の入口圧力とほぼ均等な一定圧となるように、各燃料電池の出口側の空気圧力調整弁12A,12Bおよび燃料ガス圧力調整弁13A,13Bの弁の開閉度を制御する。そして、電圧が低下した方の燃料電池側の圧力が、反対側の低下しない燃料電池側の圧力にほぼ等しくなると、電圧が復活して発電の安定性が回復したと判断されて、制御を終了し、再び制御ステップが繰り返される。
4,7 反応ガス分流路
3 入口弁(分流量調整手段)
3A 空気入口弁(分流量調整手段)
3B 燃料ガス入口弁(分流量調整手段)
10,11 セルVモニタ(監視手段)
12,13 圧力調整弁(圧力調整手段)
12A,12B 空気圧力調整弁(圧力調整手段)
13A,13B 燃料ガス圧力調整弁(圧力調整手段)
14 コントロールユニット(制御手段)
30 エアコンプレッサ
A,B 燃料電池
P 圧力センサ
S 燃料電池の運転装置
Claims (3)
- 個別に反応ガスの供給を受けて発電する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池の発電性能をそれぞれ監視する監視手段と、
前記燃料電池に供給する1つの反応ガス流路から前記複数の燃料電池のそれぞれに前記反応ガスを分流する反応ガス分流路と、
前記反応ガス分流路を経て前記複数の燃料電池に流れる前記反応ガスの分流量をそれぞれ調整する分流量調整手段と、
前記複数の燃料電池のうちのいずれかの発電性能が落ちたときに、前記監視手段の信号により当該発電性能が落ちた燃料電池のみ前記反応ガス流量が増大するように前記分流量調整手段を制御する制御手段と、を備える
ことを特徴とする燃料電池の運転装置。 - 前記制御手段により、前記複数の燃料電池のうち、分流量を増大させた燃料電池以外の燃料電池への前記反応ガスの分流量を減少させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の運転装置。
- 前記制御手段により、前記燃料電池の分流量を増大させるときに、前記反応ガスの増大前とほぼ同じ供給圧力となるように前記分岐された反応ガス分流路の供給圧力を調整する圧力調整手段を、設ける
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の運転装置。
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