JP2011129396A - Solid polymer fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子形燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generation system.
固体高分子形燃料電池発電システムは、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を導電性及びガス透過性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルと、水素ガスを含有する燃料ガスの流路及び酸素ガスを含有する酸化ガスの流路をそれぞれ形成されると共に導電性を有するセパレータとを交互に複数積層して構成される固体高分子形燃料電池を備えており、当該燃料電池の上記セルの前記燃料極側に燃料ガスを供給すると共に、上記セルの前記酸化極側に酸化ガスを供給すると、前記水素ガス及び前記酸素ガスが上記セルで電気化学的に反応して、電力を発生することができるようになっている。そして、使用済みの前記燃料ガス及び前記酸化ガスは、上記電気化学反応に伴って生じた生成水と共に上記燃料電池の外部へ排出される。 A polymer electrolyte fuel cell power generation system includes a cell in which a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity is sandwiched between a fuel electrode and an oxide electrode having conductivity and gas permeability, and a flow path of a fuel gas containing hydrogen gas And a polymer electrolyte fuel cell that is formed by alternately laminating a plurality of conductive separators, each of which is formed with a flow path for oxidizing gas containing oxygen gas, and the cell of the fuel cell. When the fuel gas is supplied to the fuel electrode side and the oxidizing gas is supplied to the oxidation electrode side of the cell, the hydrogen gas and the oxygen gas react electrochemically in the cell to generate electric power. Be able to. The spent fuel gas and the oxidizing gas are discharged to the outside of the fuel cell together with the generated water generated by the electrochemical reaction.
このような固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記燃料ガスとして水素ガスそのものを利用し、前記酸化ガスとして酸素ガスそのものを利用する場合には、例えば、下記特許文献1,2等に開示されているように、セルとセパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記ガスの流通経路をそれぞれ直列ループ状にするように複数(例えば2つ)接続して固体高分子形燃料電池を構成し、前記ガスの流通方向上流側に位置するサブスタックと前記ガスの流通方向下流側に位置するサブスタックとを所定期間毎に切り換えるようにバルブ開閉を行うことにより、上記サブスタックに供給した前記ガスを上記発電運転でほとんどすべて消費させながらも、前記生成水を当該サブスタック内に滞留させることなく外部へ排出できるようにしたものがある。
In such a polymer electrolyte fuel cell power generation system, when hydrogen gas itself is used as the fuel gas and oxygen gas itself is used as the oxidizing gas, it is disclosed, for example, in
ところで、上記特許文献1,2等に開示されている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、例えば、ガス流通方向に対するサブスタックの位置を所定期間毎に切り換えるバルブに何らかの異常を生じて、上記サブスタックの切り換えに不具合を生じてしまうと、発電運転を行なうことが短時間でできなくなってしまうおそれがあった。
By the way, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system disclosed in
このようなことから、本発明は、ガス流通方向に対するサブスタックの位置を切り換える切換手段に異常を生じたとしても、発電運転を問題なく継続することができる固体高分子形燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 For this reason, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell power generation system that can continue power generation operation without any problem even if an abnormality occurs in the switching means that switches the position of the sub-stack with respect to the gas flow direction. The purpose is to do.
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子電解質膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルと燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成されたセパレータとを交互に複数積層した固体高分子形燃料電池と、前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段とを備え、前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記燃料ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、前記燃料ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの燃料ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された燃料ガス用気液分離手段と、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最上流位置切換手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最下流位置切換手段と、運転時間、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用切換時期確認手段と、前記燃料ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御する制御手段とを備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最上流位置切換手段に対して直列的に設けられた燃料ガス用最上流位置切換サブ手段と、前記燃料ガス用最上流位置切換手段を経由することなく、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように当該燃料ガス用最上流位置切換手段に対して並列的に設けられた燃料ガス用最上流位置切換バイパス手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最下流位置切換手段に対して直列的に設けられた燃料ガス用最下流位置切換サブ手段と、前記燃料ガス用最下流位置切換手段を経由することなく、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように当該燃料ガス用最下流位置切換手段に対して並列的に設けられた燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段と、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの受入口部分及び排出口部分の圧力値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの受入口部分及び排出口部分の前記燃料ガスの流通量、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用切換不具合検出手段とを備え、前記制御手段が、さらに、前記燃料ガス用切換不具合検出手段からの情報に基づいて、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最上流位置切換サブ手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御すると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最下流位置切換サブ手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御するものであることを特徴とする。 A solid polymer fuel cell power generation system according to a first invention for solving the above-described problem is a cell in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode, and a flow path for the fuel gas and the oxidation gas. A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of separators are alternately stacked; fuel gas supply means for supplying a fuel gas to the polymer electrolyte fuel cell; and an oxidizing gas for the polymer electrolyte fuel cell The solid polymer fuel cell includes a plurality of sub-stacks in which the cells and the separators are alternately stacked so that a flow path of the fuel gas has a series loop shape. The fuel gas supply means is connected to a fuel gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell, and is connected to the polymer electrolyte fuel cell. Gas-liquid separation means for fuel gas respectively disposed in the flow path of the fuel gas between the sub-stacks, the fuel gas supply means, and the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cells The most upstream position switching means for fuel gas that cuts or connects between each of the fuel gas inlets and the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell, respectively. Or the most downstream position switching means for the fuel gas to be connected, the operation time, the amount of fuel gas fed from the fuel gas supply means, the amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the solid The voltage value of the cells in the sub-stack of the polymer fuel cell, the amount of moisture in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the sub-cell of the polymer electrolyte fuel cell A fuel gas switching timing confirmation means for measuring at least one of a pressure loss value in a fuel cell and a pressure value of the fuel gas outlet of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell; and the fuel Based on the information from the gas switching timing confirmation means, the fuel gas uppermost stream position switching means is configured to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the fuel gas flow direction. And control means for controlling the fuel gas most downstream position switching means so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the fuel gas flow direction. In the polymer electrolyte fuel cell power generation system, between the fuel gas supply means and the fuel gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, respectively Without going through the most upstream position switching means for fuel gas and the most upstream position switching means for fuel gas provided in series with the most upstream position switching means for fuel gas so as to be disconnected or connected, Parallel to the most upstream position switching means for the fuel gas so as to cut or connect between the fuel gas supply means and the fuel gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell. The fuel gas-use fuel gas so as to cut or connect the flow path of the fuel gas between the provided fuel gas most upstream position switching bypass means and the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell. The fuel gas most downstream position switching sub-unit provided in series with the most downstream position switching means, and the solid height component without passing through the fuel gas most downstream position switching means. The fuel gas outermost section provided in parallel with the fuel gas most downstream position switching means so as to cut or connect the fuel gas flow path between the sub-stacks connected to the fuel cell. Downstream position switching bypass means, voltage values of the cells of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, pressures of the fuel gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell A switching failure detection means for fuel gas that measures at least one of a value and a flow rate of the fuel gas in the fuel gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell; The control means is further configured based on information from the fuel gas switching failure detection means, and the fuel gas supply means and each of the polymer electrolyte fuel cells. The fuel gas most upstream position switching sub means and the fuel gas most downstream position switching bypass means are respectively controlled so as to cut or connect between the fuel gas inlets of the stack and the solid polymer type. The fuel gas most downstream position switching sub means and the fuel gas most downstream position switching bypass means are respectively connected to cut or connect the flow path of the fuel gas between the sub stacks connected to the fuel cell. It is what controls.
また、第二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子電解質膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルと燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成されたセパレータとを交互に複数積層した固体高分子形燃料電池と、前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段とを備え、前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と、前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御する制御手段とを備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換サブ手段と、前記酸化ガス用最上流位置切換手段を経由することなく、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最上流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換サブ手段と、前記酸化ガス用最下流位置切換手段を経由することなく、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最下流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段と、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の圧力値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の前記酸化ガスの流通量、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換不具合検出手段とを備え、前記制御手段が、さらに、前記酸化ガス用切換不具合検出手段からの情報に基づいて、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御すると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御するものであることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the second invention comprises a cell having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode, and a separator having a flow path for the fuel gas and the oxidation gas. A plurality of polymer electrolyte fuel cells alternately stacked, a fuel gas supply means for supplying a fuel gas to the polymer electrolyte fuel cell, and an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the polymer electrolyte fuel cell A plurality of sub-stacks in which a plurality of the cells and the separators are alternately stacked, and a plurality of the sub-stacks connected in a series loop form, The oxidizing gas supply means is connected to the oxidizing gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell, and the same as the sub-stack connected to the polymer electrolyte fuel cell. Gas-liquid separating means for oxidizing gas respectively disposed in the flow path of the oxidizing gas between the oxidizing gas supply means, the oxidizing gas supply means, and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell; The most upstream position switching means for oxidizing gas that cuts or connects each of them, and the oxidizing gas that cuts or connects the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell, respectively Most downstream position switching means, operating time, supply amount of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply means, amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the polymer electrolyte fuel cell A voltage value of the cell of the sub-stack, a moisture content in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, a pressure loss value in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, Information from switching time confirmation means for oxidizing gas that measures at least one of the pressure values of the outlet portion of the oxidizing gas in the sub-stack of the polymer fuel cell, and information from the switching time confirmation means for the oxidizing gas And controlling the oxidizing gas most upstream position switching means to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the flowing direction of the oxidizing gas, and the flow of the oxidizing gas A polymer electrolyte fuel cell power generation system comprising control means for controlling the most downstream position switching means for oxidizing gas so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the direction The oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell are disconnected or connected in advance. An oxidizing gas upstream flow position switching sub-unit provided in series with the oxidizing gas upstream flow position switching means, and the oxidizing gas supply means without passing through the oxidizing gas upstream flow position switching means; For the oxidizing gas provided in parallel with the most upstream position switching means for the oxidizing gas so as to cut or connect the oxidizing gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell. The most downstream position switching means for the oxidizing gas so as to cut off or connect the flow path of the oxidizing gas between the most upstream position switching bypass means and the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell, respectively. Before connecting the solid polymer fuel cell without passing through the downstreammost position switching sub means for oxidizing gas provided in series and the downstreammost position switching means for oxidizing gas. Oxidizing gas most downstream position switching bypass means provided in parallel with the oxidizing gas most downstream position switching means so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks, respectively, The voltage value of the cells of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the pressure values of the oxidizing gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the solid polymer type An oxidizing gas switching failure detecting means for measuring at least one of the oxidizing gas flow rate of the oxidizing gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the fuel cell; and the control means Further, based on information from the oxidizing gas switching failure detecting means, the oxidizing gas supply means and the oxidation gas of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell The oxidant gas most upstream position switching sub-unit and the oxidant gas most downstream position switching bypass unit are controlled so as to be disconnected or connected to the receiving port, respectively, and the solid polymer fuel cell is connected. The oxidizing gas most downstream position switching sub means and the oxidizing gas most downstream position switching bypass means are respectively controlled so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub stacks. It is characterized by that.
また、第三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記固体高分子形燃料電池が、さらに、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように前記サブスタックを複数接続したものであり、前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換サブ手段と、前記酸化ガス用最上流位置切換手段を経由することなく、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最上流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換サブ手段と、前記酸化ガス用最下流位置切換手段を経由することなく、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最下流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段と、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の圧力値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の前記酸化ガスの流通量、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換不具合検出手段とを備え、前記制御手段が、前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御し、さらに、前記酸化ガス用切換不具合検出手段からの情報に基づいて、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御すると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御するものであることを特徴とする。 In addition, the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the third aspect of the invention is that, in the first aspect of the invention, the polymer electrolyte fuel cell further makes the flow path of the oxidizing gas a series loop. A plurality of the substacks connected to each other, and the oxidizing gas supply means is connected to the oxidizing gas inlets of the substacks of the polymer electrolyte fuel cell, respectively, and the polymer electrolyte fuel cell Gas-liquid separating means for oxidizing gas respectively disposed in the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to each other, the oxidizing gas supply means, and the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell Between the oxidant gas most upstream position switching means for cutting or connecting each of the oxidant gas inlets and the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell The most downstream position switching means for oxidizing gas for cutting or connecting the flow path of the oxidizing gas respectively, the operating time, the amount of the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply means, the above-mentioned of the polymer electrolyte fuel cell The amount of current flowing through the sub-stack, the voltage value of the cell in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the amount of water in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the amount of water in the polymer electrolyte fuel cell An oxidizing gas switching timing confirmation means for measuring at least one of a pressure loss value in the sub stack and a pressure value of the oxidizing gas outlet of the sub stack of the polymer electrolyte fuel cell; The most upstream position switching means for oxidizing gas so as to cut or connect between the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. The oxidant gas most upstream position switching sub-unit provided in series, and the oxidant gas supply means and the polymer electrolyte fuel cell without passing through the oxidant gas most upstream position switching means. An oxidizing gas upstream-flow position switching bypass means provided in parallel to the oxidizing gas upstream-flow position switching means so as to cut or connect between the oxidizing gas inlets of the sub-stack, and the solid Oxidizing gas provided in series with the oxidizing gas most downstream position switching means so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer fuel cell. The oxidation between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell without passing through the downstream most downstream position switching sub means and the most downstream position switching means for oxidizing gas An oxidizing gas most downstream position switching bypass means provided in parallel to the oxidizing gas most downstream position switching means so as to cut or connect the gas flow paths, respectively, and the polymer electrolyte fuel cell A voltage value of the cell of the substack, a pressure value of an inlet portion and an outlet portion of the oxidizing gas of the substack of the polymer electrolyte fuel cell, the pressure value of the substack of the polymer electrolyte fuel cell An oxidizing gas switching failure detecting means for measuring at least one of the flow amount of the oxidizing gas at the inlet portion and the outlet portion of the oxidizing gas, and the control means confirms the switching timing for the oxidizing gas. Based on the information from the means, the most upstream flow for the oxidizing gas so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the flow direction of the oxidizing gas Controlling the device switching means, and controlling the oxidizing gas most downstream position switching means so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the flow direction of the oxidizing gas, Based on information from the oxidizing gas switching failure detecting means, the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell are disconnected or connected to each other. The oxidant gas upstream flow position switching sub-unit and the oxidant gas downstream position switching bypass means are respectively controlled, and the flow of the oxidant gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell is performed. The oxidizing gas most downstream position switching sub means and the oxidizing gas most downstream position switching bypass means are respectively connected to cut or connect the paths. Characterized in that it is intended to respective control.
また、第四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路を流通する当該燃料ガスに圧力損失を付与する燃料ガス用圧損付与手段を備えていることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a fourth invention is the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell in the first or third invention. The fuel gas pressure loss applying means for applying pressure loss to the fuel gas flowing through the flow path is provided.
また、第五番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第四番目の発明において、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路を流通する当該燃料ガスの流量を検知する燃料ガス用圧損付与量検知手段を備え、前記燃料ガス用圧損付与手段が、開度調整バルブであり、前記制御手段が、前記燃料ガス用圧損付与量検知手段からの情報に基づいて、前記燃料ガスに一定の圧力損失を付与するように前記開度調整バルブを制御するものであることを特徴とする。 Further, the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fifth invention is the distribution path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell in the fourth invention. Fuel gas pressure loss application amount detecting means for detecting the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas, the fuel gas pressure loss application means is an opening adjustment valve, and the control means is the fuel gas pressure loss application amount. Based on the information from the detection means, the opening degree adjusting valve is controlled so as to give a constant pressure loss to the fuel gas.
また、第六番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第五番目の発明において、前記燃料ガス用圧損付与量検知手段が、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、又は、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの排出口部分の前記燃料ガスの流通量を計測するものであることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a sixth invention is the fifth invention, wherein the fuel gas pressure loss application amount detecting means flows into the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. The fuel gas flow rate is measured in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell.
また、第七番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路を流通する当該酸化ガスに圧力損失を付与する酸化ガス用圧損付与手段を備えていることを特徴とする。 Moreover, the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the seventh invention is the oxidation gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell in the second or third invention. And an oxidizing gas pressure loss applying means for applying a pressure loss to the oxidizing gas flowing through the flow path.
また、第八番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第七番目の発明において、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路を流通する当該酸化ガスの流量を検知する酸化ガス用圧損付与量検知手段を備え、前記酸化ガス用圧損付与手段が、開度調整バルブであり、前記制御手段が、前記酸化ガス用圧損付与量検知手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスに一定の圧力損失を付与するように前記開度調整バルブを制御するものであることを特徴とする。 Moreover, the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to an eighth aspect of the invention is the seventh aspect of the invention, wherein the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell is the seventh invention. An oxidizing gas pressure loss applying amount detecting means for detecting the flow rate of the oxidizing gas flowing through the gas, the oxidizing gas pressure loss applying means being an opening adjustment valve, and the control means being the oxidizing gas pressure loss applying amount. Based on the information from the detection means, the opening degree adjusting valve is controlled so as to give a constant pressure loss to the oxidizing gas.
また、第九番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第八番目の発明において、前記酸化ガス用圧損付与量検知手段が、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、又は、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の前記酸化ガスの流通量を計測するものであることを特徴とする。 Further, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the ninth invention, in the eighth invention, the pressure loss applying amount detecting means for oxidizing gas flows into the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. In addition, the flow rate of the oxidizing gas in the oxidizing gas outlet portion of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell is measured.
また、第十番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a tenth aspect of the invention is the first or third aspect of the invention, wherein the control means is located at the most downstream side in the fuel gas flow direction. The fuel gas most upstream position switching means and the fuel gas most downstream position switching means are controlled so that the sub-stack of the molecular fuel cell is positioned on the most upstream side in the flow direction of the fuel gas. Features.
また、第十一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。 Further, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the tenth invention, in the second or third invention, the control means is located on the most downstream side in the flow direction of the oxidizing gas. The oxidizing gas upstream flow position switching means and the oxidizing gas downstream position switching means are controlled so that the sub-stack of the polymer fuel cell is positioned on the upstream side in the flow direction of the oxidizing gas. It is characterized by.
また、第十二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the twelfth invention is the solid polymer fuel cell power generation system according to the first or third invention, wherein the control means is located on the most upstream side in the fuel gas flow direction. The fuel gas most upstream position switching means and the fuel gas most downstream position switching means are controlled so that the sub-stack of the polymer fuel cell is positioned on the most downstream side in the flow direction of the fuel gas. It is characterized by.
また、第十三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。 Further, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the thirteenth invention, in the second or third invention, the control means is located on the most upstream side in the flow direction of the oxidizing gas. The oxidizing gas most upstream position switching means and the oxidizing gas most downstream position switching means are controlled so that the sub-stack of the polymer fuel cell is positioned on the most downstream side in the flow direction of the oxidizing gas. It is characterized by.
また、第十四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一,三,四〜六,十,十二番目の発明のいずれかにおいて、前記燃料ガス供給手段が、濃度99%以上の水素ガスを供給するものであることを特徴とする。 In addition, the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fourteenth aspect of the invention is any one of the first, third, fourth to sixth, twelfth and twelfth aspects, wherein the fuel gas supply means has a concentration of 99. % Hydrogen gas is supplied.
また、第十五番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二,三,七〜九,十一,十三番目の発明のいずれかにおいて、前記酸化ガス供給手段が、濃度99%以上の酸素ガスを供給するものであることを特徴とする。 In addition, the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fifteenth aspect of the invention is any one of the second, third, seventh to ninth, eleventh, and thirteenth aspects, wherein the oxidizing gas supply means has a concentration. It is characterized by supplying 99% or more oxygen gas.
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムによれば、前記最上流位置切換手段や前記最下流位置切換手段に不具合を生じたとしても、前期切換不具合検出手段からの情報に基づいて、制御手段が、前記切換サブ手段や前記切換バイパス手段を制御することにより、発電運転を問題なく継続することができる。 According to the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present invention, even if a malfunction occurs in the most upstream position switching means and the most downstream position switching means, the control is performed based on information from the previous period switching malfunction detection means. By the means controlling the switching sub means and the switching bypass means, the power generation operation can be continued without any problem.
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。 Embodiments of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments described with reference to the drawings.
[第一番目の実施形態]
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図1〜4に基づいて説明する。
[First embodiment]
A first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を導電性及びガス透過性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルと、燃料ガスの流路及び酸化ガスの流路をそれぞれ形成されると共に導電性を有するセパレータとを交互に複数積層して構成された複数(本実施形態では2つ)の第一,二のサブスタック111,112を、燃料ガスの流通経路を直列ループ状にするように接続すると共に、酸化ガスの流通経路も直列ループ状にするように接続した構造となっている。
As shown in FIG. 1, a solid polymer fuel cell includes a cell in which a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity is sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode having conductivity and gas permeability, and a fuel gas flow path. And a plurality of (two in this embodiment) first and
各前記サブスタック111,112の各燃料ガス受入口には、燃料ガスである濃度99%以上の水素ガス1を供給する燃料ガス供給手段である水素ガス供給源130が接続している。また、各前記サブスタック111,112の各酸化ガス受入口には、酸化ガスである濃度99%以上の酸素ガスを供給する酸化ガス供給手段である酸素ガス供給源が接続している(図示省略)。
A hydrogen
前記水素ガス供給源130と各前記サブスタック111,112の各前記燃料ガス受入口との間には、電磁式のメインバルブ101,102がそれぞれ配設されると共に、当該メインバルブ101,102を経由させることなく上記水素ガス1を流通させるバイパスライン101B,102Bが当該メインバルブ101,102に対して並列的にそれぞれ設けられている。これらバイパスライン101B,102Bには、電磁式のバイパスバルブ101a,102aがそれぞれ設けられている。
Electromagnetic
また、前記水素ガス供給源130と各前記サブスタック111,112の各前記燃料ガス受入口との間、より具体的には、前記サブスタック111,112と前記メインバルブ101,102との間には、電磁式のサブバルブ101b,102bが当該メインバルブ101,102に対して直列的にそれぞれ設けられている。
Further, between the hydrogen
前記第一のサブスタック111の燃料ガス排出口と前記第二のサブスタック112の前記燃料ガス受入口との間の水素ガス1の流通経路には、燃料ガス用気液分離手段であるドレントラップ121及び電磁式のメインバルブ103が介在している。
A drain trap that is a gas-liquid separation means for fuel gas is provided in the flow path of the
そして、前記第一のサブスタック111の燃料ガス排出口と前記第二のサブスタック112の前記燃料ガス受入口との間の水素ガス1の流通経路、より具体的には、前記ドレントラップ121と前記第二のサブスタック112の前記燃料ガス受入口との間には、前記メインバルブ103を経由させることなく上記水素ガス1を流通させるバイパスライン103Bが当該メインバルブ103に対して並列的に設けられている。このバイパスライン103Bには、電磁式のバイパスバルブ103aが設けられている。
A flow path of the
また、前記第一のサブスタック111の燃料ガス排出口と前記第二のサブスタック112の前記燃料ガス受入口との間の水素ガス1の流通経路、より具体的には、前記メインバルブ103と前記第二のサブスタック112との間には、電磁式のサブバルブ103bが当該メインバルブ103に対して直列的に設けられている。
Further, the flow path of the
前記第二のサブスタック112の燃料ガス排出口と前記第一のサブスタック111の前記燃料ガス受入口との間の水素ガス1の流通経路には、燃料ガス用気液分離手段であるドレントラップ122及び電磁式のメインバルブ104が介在している。
A drain trap that is a gas-liquid separation means for fuel gas is provided in the flow path of the
そして、前記第二のサブスタック112の燃料ガス排出口と前記第一のサブスタック111の前記燃料ガス受入口との間の水素ガス1の流通経路、より具体的には、前記ドレントラップ122と前記第一のサブスタック111の前記燃料ガス受入口との間には、前記メインバルブ104を経由させることなく上記水素ガス1を流通させるバイパスライン104Bが当該メインバルブ104に対して並列的に設けられている。このバイパスライン104Bには、電磁式のバイパスバルブ104aが設けられている。
A flow path of
また、前記第二のサブスタック112の燃料ガス排出口と前記第一のサブスタック111の前記燃料ガス受入口との間の水素ガス1の流通経路、より具体的には、前記メインバルブ104と前記第一のサブスタック111との間には、電磁式のサブバルブ104bが当該メインバルブ104に対して直列的に設けられている。
Further, the flow path of the
このような本実施形態においては、前記メインバルブ101,102等により燃料ガス用最上流位置切換手段を構成し、前記バイパスライン101B,102B、前記バイパスバルブ101a,102a等により燃料ガス用最上流位置切換バイパス手段を構成し、前記サブバルブ101b、102b等により燃料ガス用最上流位置切換サブ手段を構成し、前記メインバルブ103,104等により燃料ガス用最下流位置切換手段を構成し、前記バイパスライン103B,104B、前記バイパスバルブ103a,104a等により燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段を構成し、前記サブバルブ103b,104b等により燃料ガス用最下流位置切換サブ手段を構成している。
In such an embodiment, the
なお、図面の煩雑化を避けるため、前記酸化ガス供給手段を始めとして、酸化ガス用気液分離手段、酸化ガス用最上流位置切換手段、酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段、酸化ガス用最上流位置切換サブ手段、酸化ガス用最下流位置切換手段、酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段、酸化ガス用最下流位置切換サブ手段等の酸化ガス系統は、その記載を省略しているものの、上述した燃料ガス用気液分離手段、燃料ガス用最上流位置切換手段、燃料ガス用最上流位置切換バイパス手段、燃料ガス用最上流位置切換サブ手段、燃料ガス用最下流位置切換手段、燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段、燃料ガス用最下流位置切換サブ手段等の燃料ガス系統と同様にして構成されている。また、温調水流通手段等の温調水系統等も、図面の煩雑化を避けるため、その記載を省略しているものの、従来の固体高分子形燃料電池発電システムの場合と同様にして備えられている。 In order to avoid complication of the drawing, the oxidizing gas supply means, the oxidizing gas gas-liquid separation means, the oxidizing gas most upstream position switching means, the oxidizing gas most upstream position switching bypass means, the oxidizing gas maximum means, etc. Although the oxidizing gas system such as the upstream position switching sub means, the oxidizing gas most downstream position switching means, the oxidizing gas most downstream position switching bypass means, the oxidizing gas most downstream position switching sub means, etc. is omitted, Gas-liquid separation means for fuel gas, most upstream position switching means for fuel gas, most upstream position switching bypass means for fuel gas, most upstream position switching sub means for fuel gas, most downstream position switching means for fuel gas, fuel gas The most downstream position switching bypass means for fuel and the most downstream position switching sub means for fuel gas are configured in the same manner as the fuel gas system. Also, a temperature control system such as a temperature control water distribution means is provided in the same manner as in the case of a conventional polymer electrolyte fuel cell power generation system, although the description is omitted in order to avoid complication of the drawing. It has been.
そして、前記サブスタック111,112には、当該サブスタック111,112の前記セルの電圧を計測する燃料ガス用切換不具合検出手段(酸化ガス用切換不具合検出手段も兼ねる)である電圧計141,142がそれぞれ電気的に接続している。これら電圧計141,142は、制御手段である制御装置140の入力部にそれぞれ電気的に接続されている。
The
前記制御装置140の出力部は、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104bにそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置140は、燃料ガス用切換時期確認手段(酸化ガス用切換時期確認手段も兼ねる)である内蔵された図示しないタイマからの情報(運転時間)及び上記電圧計141,142からの情報に基づいて、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104bの開閉を制御すると共に、前記酸化ガス用最上流位置切換手段、前記酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段、前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段、前記酸化ガス用最下流位置切換手段、前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段、前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段等も制御することができるようになっている(詳細は後述する)。
The output unit of the
このようにして構成された本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100の作動を次に説明する。なお、燃料ガス系統と酸化ガス系統とは、実質的に同様に作動することから、説明の煩雑化を避けるため、燃料ガス系統側の説明をもって酸化ガス系統側の説明に代えて、酸化ガス系統の詳細な説明を省略することとする。
Next, the operation of the thus configured polymer electrolyte fuel cell
まず、前記制御装置140を作動させると、当該制御装置140は、前記バイパスバルブ101a〜104aを閉鎖すると共に、前記サブバルブ101b〜104bを開放する一方、前記メインバルブ102,104を閉鎖すると共に、前記メインバルブ101,103を開放するように、これらバルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104bを制御する(図2A参照)。
First, when the
これにより、水素ガス供給源130内の水素ガス1が、前記メインバルブ101及び前記サブバルブ101bを経由して第一のサブスタック111の燃料ガス受入口へ送給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通し、当該第一のサブスタック111において、酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生すると共に、使用済みの水素ガス1(約1/2を使用された残りの約1/2)が、当該電気化学反応に伴って生じた生成水2と共に各上記流路を流通して、燃料ガス排出口から排出され、ドレントラップ121で当該生成水2を分離された後、前記メインバルブ103及び前記サブバルブ103bを経由して第二のサブスタック112の燃料ガス受入口へ送給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通し、当該第二のサブスタック112において、酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生する。
Thereby, the
このとき、前記第二のサブスタック112においては、送給された水素ガス1(残りの約半分)のほとんどが消費されて、燃料ガス排出口から排出されるガスがほとんどないので、上記電気化学反応に伴って生じた生成水2が、前記流路内に次第に滞留し始め、発電性能が低下するようになる。
At this time, in the
ここで、前記制御装置140は、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記メインバルブ102,104を開放すると共に、前記メインバルブ101,103を閉鎖するように、当該メインバルブ101〜104を制御する(図2B参照)。
Here, the
これにより、水素ガス供給源130からの全流量の水素ガス1が、前記メインバルブ102及び前記サブバルブ102bを経由して第二のサブスタック112の燃料ガス受入口へ送給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通し、当該第二のサブスタック112において、当該流路内に滞留している水3を押し出しながら、酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応して(供給量の約半分)、電力が発生すると共に、使用済みの水素ガス1(約1/2を使用された残りの約1/2)が、当該電気化学反応に伴って新たに生じた生成水2及び滞留していた上記生成水2と共に各上記流路を流通して、燃料ガス排出口から排出され、ドレントラップ123で当該生成水2を分離された後、前記メインバルブ104及び前記サブバルブ104bを経由して第一のサブスタック111の燃料ガス受入口へ送給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通し、当該第一のサブスタック111において、酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生する。
As a result, the
このとき、前記第一のサブスタック111においては、送給された水素ガス1(残りの約半分)のほとんどが消費されて、燃料ガス排出口から排出されるガスがほとんどないので、上記電気化学反応に伴って生じた生成水2が、前記流路内に次第に滞留し始め、発電性能が低下するようになる。
At this time, in the
ここで、前記制御装置140は、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記メインバルブ101,103を開放すると共に、前記メインバルブ102,104を閉鎖するように、当該メインバルブ101〜104を制御する(図2A参照)。
Here, the
以下、前記制御装置140が上述した前記メインバルブ101〜104の制御を繰り返すことにより、前記固体高分子形燃料電池は、水素ガス1の流通方向最上流側及び最下流側に位置する前記サブスタック111,112が運転経過時間に対応して順次切り換えられる、すなわち、水素ガス1の流通方向最下流側に位置する前記サブスタック(例えば、第二のサブスタック112)を当該流通方向最上流側に位置させると共に、当該流通方向最上流側に位置する前記サブスタック(例えば、第一のサブスタック111)を当該流通方向最下流側に位置させるように前記メインバルブ101〜104が切り換え制御されるので、ブロアやエジェクタ等のガス循環装置がなくても、前記流路内から生成水2を排出することができると同時に、水素ガス供給源130から送給された水素ガス1をほとんどすべて発電に使用することができるようになる。
Hereinafter, the
また、酸化ガス系統においても、上述した燃料ガス系統と同様にして構成されて作動するため、上述した燃料ガス系統の場合と同様に、ブロアやエジェクタ等のガス循環装置がなくても、前記流路内から生成水2を排出することができると同時に、酸素ガス供給源から送給された酸素ガスをほとんどすべて発電に使用することができるようになる(より詳しくは前記特許文献1,2等参照)。
In addition, since the oxidizing gas system is configured and operated in the same manner as the above-described fuel gas system, the flow can be performed without a gas circulation device such as a blower or an ejector, as in the case of the above-described fuel gas system. The generated
このようにして発電運転を行なっている際に、何らかの原因で、例えば、すべての前記メインバルブ101〜104が開放できずに閉鎖した状態のままになってしまうと、前記サブスタック111,112に前記水素ガス1が供給されなくなり、当該サブスタック111,112の前記セルの電圧が低下するため、前記制御装置140は、前記電圧計141,142からの情報に基づいて、当該サブスタック111,112の前記セルの電圧値が規定値以下になると、前記メインバルブ101〜104に不具合を生じたと判断し、前記バイパスバルブ101a,103aを開放すると共に、前記サブバルブ102b,104bを閉鎖するように、当該バルブ101a,103a,102b,104bを制御する(前記バイパスバルブ102a,104aは閉鎖状態、前記サブバルブ101b,103bは開放状態のまま)(図3A参照)。
When the power generation operation is performed in this manner, if for some reason, for example, all the
これにより、水素ガス供給源130内の水素ガス1が、前記バイパスバルブ101a及び前記サブバルブ101bを経由して第一のサブスタック111の燃料ガス受入口へ送給されて、当該第一のサブスタック111において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応して、電力が発生すると共に、使用済みの水素ガス1(約1/2を使用された残りの約1/2)が、先の説明と同様にして燃料ガス排出口から排出され、前記バイパスバルブ103a及び前記サブバルブ103bを経由して第二のサブスタック112の燃料ガス受入口へ送給されて、当該第二のサブスタック112において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生する。
As a result, the
そして、前記制御装置140は、先の説明と同様に、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記バイパスバルブ102a,104a及び前記サブバルブ102b,104bを開放すると共に、前記バイパスバルブ101a,103a及び前記サブバルブ101b,103bを閉鎖するように、当該バルブ101a〜104a,101b〜104bを制御する(図3B参照)。
Then, the
これにより、水素ガス供給源130からの全流量の水素ガス1が、前記バイパスバルブ102a及び前記サブバルブ102bを経由して第二のサブスタック112の燃料ガス受入口へ送給されて、当該第二のサブスタック112において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応して(供給量の約半分)、電力が発生すると共に、使用済みの水素ガス1(約1/2を使用された残りの約1/2)が、先の説明と同様にして燃料ガス排出口から排出され、前記バイパスバルブ104a及び前記サブバルブ104bを経由して第一のサブスタック111の燃料ガス受入口へ送給され、当該第一のサブスタック111において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生する。
As a result, the
引き続き、前記制御装置140は、先の説明と同様に、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記バイパスバルブ101a,103a及び前記サブバルブ101b,103bを開放すると共に、前記バイパスバルブ102a,104a及び前記サブバルブ102b,104bを閉鎖するように、当該バルブ101a〜104a,101b〜104bを制御する(図3A参照)。
Subsequently, as described above, the
以下、前記制御装置140が上述した前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bの制御を繰り返すことにより、前記メインバルブ101〜104の開放不具合に左右されることなく先の説明と同様に前記サブスタック111,112を運転経過時間に対応して順次切り換えることが何ら問題なくできる。
Hereinafter, the
そして、酸化ガス系統においても、上述した燃料ガス系統と同様にして構成されて作動するため、上述した燃料ガス系統の場合と同様に、メインバルブの開放不具合に左右されることなく先の説明と同様に前記サブスタック111,112を運転経過時間に対応して順次切り換えることが何ら問題なくできる。 Since the oxidant gas system is also configured and operated in the same manner as the fuel gas system described above, as in the case of the fuel gas system described above, the above description is not affected by the opening failure of the main valve. Similarly, the sub-stacks 111 and 112 can be switched sequentially in accordance with the elapsed operation time without any problem.
また、何らかの原因で、例えば、すべての前記メインバルブ101〜104が閉鎖できずに開放した状態のままになってしまうと、前記第一のサブスタック111と前記第二のサブスタック112との両方に水素ガス1が全供給量の半分ずつ同時に供給されるようになってしまい、これらサブスタック111,112の両方共に内部から生成水2を排出できずに当該サブスタック111,112内に生成水2が滞留して、当該サブスタック111,112の前記セルの電圧が低下するため、前記制御装置140は、前記電圧計141,142からの情報に基づいて、当該サブスタック111,112の前記セルの電圧値が規定値以下になると、先に説明した場合と同様に、前記メインバルブ101〜104に不具合を生じたと判断し、前記バイパスバルブ101a,103aを開放すると共に、前記サブバルブ102b,104bを閉鎖するように、当該バルブ101a,103a,102b,104bを制御する(前記バイパスバルブ102a,104aは閉鎖状態、前記サブバルブ101b,103bは開放状態のまま)(図4A参照)。
For some reason, for example, if all the
これにより、水素ガス供給源130内の水素ガス1が、前記バルブ101,101a,101bを経由して第一のサブスタック111の燃料ガス受入口へ送給されて、当該第一のサブスタック111において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応して、電力が発生すると共に、使用済みの水素ガス1(約1/2を使用された残りの約1/2)が、先の説明と同様にして燃料ガス排出口から排出され、前記バルブ103,103a,103bを経由して第二のサブスタック112の燃料ガス受入口へ送給されて、当該第二のサブスタック112において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生する。
Accordingly, the
そして、前記制御装置140は、先に説明した場合と同様に、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記バイパスバルブ102a,104a及び前記サブバルブ102b,104bを開放すると共に、前記バイパスバルブ101a,103a及び前記サブバルブ101b,103bを閉鎖するように、当該バルブ101a〜104a,101b〜104bを制御する(図4B参照)。
Then, similarly to the case described above, the
これにより、水素ガス供給源130からの全流量の水素ガス1が、前記バルブ102,102a,102bを経由して第二のサブスタック112の燃料ガス受入口へ送給されて、当該第二のサブスタック112において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応して(供給量の約半分)、電力が発生すると共に、使用済みの水素ガス1(約1/2を使用された残りの約1/2)が、先の説明と同様にして燃料ガス排出口から排出され、前記バルブ104,104a,104bを経由して第一のサブスタック111の燃料ガス受入口へ送給され、当該第一のサブスタック111において、先の説明と同様にして酸化ガス系統の酸素ガスと前記セルで電気化学的に反応し、電力が発生する。
As a result, the
引き続き、前記制御装置140は、先に説明した場合と同様に、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記バイパスバルブ101a,103a及び前記サブバルブ101b,103bを開放すると共に、前記バイパスバルブ102a,104a及び前記サブバルブ102b,104bを閉鎖するように、当該バルブ101a〜104a,101b〜104bを制御する(図4A参照)。
Subsequently, as in the case described above, the
以下、前記制御装置140が先に説明した場合と同様に上述した前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bの制御を繰り返すことにより、前記メインバルブ101〜104の閉鎖不具合に左右されることなく先の説明と同様に前記サブスタック111,112を運転経過時間に対応して順次切り換えることが何ら問題なくできる。
Hereinafter, the
そして、酸化ガス系統においても、上述した燃料ガス系統と同様にして構成されて作動するため、上述した燃料ガス系統の場合と同様に、メインバルブの閉鎖不具合に左右されることなく先の説明と同様に前記サブスタック111,112を運転経過時間に対応して順次切り換えることが何ら問題なくできる。 Since the oxidant gas system is also configured and operated in the same manner as the above-described fuel gas system, as in the case of the above-described fuel gas system, the above explanation is not affected by the malfunction of the main valve. Similarly, the sub-stacks 111 and 112 can be switched sequentially in accordance with the elapsed operation time without any problem.
したがって、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100によれば、ガス流通方向に対するサブスタック111,112の位置を切り換えるメインバルブ101〜104等に異常を生じたとしても、発電運転を問題なく継続することができる。
Therefore, according to the polymer electrolyte fuel cell
[第二番目の実施形態]
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図5に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を図面に付すことにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to FIG. However, with respect to the same parts as those in the above-described embodiment, the same reference numerals as those used in the description of the above-described embodiment are attached to the drawings, and the description overlapping with the description in the above-described embodiment is omitted.
図5に示すように、前記サブスタック111,112の前記燃料ガス受入口の近傍には、当該サブスタック111,112の当該燃料ガス受入口部分の圧力を計測する入側圧力計243,244がそれぞれ設けられている。前記サブスタック111,112の前記燃料ガス排出口の近傍には、当該サブスタック111,112の当該燃料ガス排出口部分の圧力を計測する出側圧力計244,246がそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 5, in the vicinity of the fuel gas inlets of the sub-stacks 111 and 112, inlet pressure gauges 243 and 244 for measuring the pressure of the fuel gas inlet portions of the sub-stacks 111 and 112 are provided. Each is provided. In the vicinity of the fuel gas discharge port of the sub stacks 111 and 112,
このような本実施形態においては、前記圧力計243〜246等により燃料ガス用切換不具合検出手段を構成している。 In this embodiment, the pressure gauges 243 to 246 constitute fuel gas switching failure detection means.
なお、本実施形態においても、図面の煩雑化を避けるため、酸化ガス用切換不具合検出手段等の酸化ガス系統は、その記載を省略しているものの、上述した燃料ガス用切換不具合検出手段等の燃料ガス系統と同様にして構成されている。 Also in this embodiment, in order to avoid complication of the drawing, although the description of the oxidizing gas system such as the oxidizing gas switching failure detecting means is omitted, the above-described fuel gas switching failure detecting means and the like are omitted. It is configured in the same manner as the fuel gas system.
前記圧力計243〜246は、制御手段である制御装置240の入力部にそれぞれ電気的に接続されている。この制御装置240の出力部は、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104bにそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置240は、燃料ガス用切換時期確認手段(酸化ガス用切換時期確認手段も兼ねる)である内蔵された図示しないタイマからの情報(運転時間)及び上記圧力計243〜246からの情報に基づいて、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104bの開閉を制御すると共に、前記酸化ガス用最上流位置切換手段、前記酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段、前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段、前記酸化ガス用最下流位置切換手段、前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段、前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段等も前述した実施形態の場合と同様に制御することができるようになっている(前述した実施形態と異なるところは後述する)。
The pressure gauges 243 to 246 are electrically connected to input portions of a
このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200においては、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100の場合と同様に作動させることにより、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、ブロアやエジェクタ等のガス循環装置がなくても、前記サブスタック111,112内から生成水2を排出することができると同時に、水素ガス供給源130からの水素ガス1及び酸素ガス供給源からの酸素ガスをほとんどすべて発電に使用することができる。
In such a polymer electrolyte fuel cell
そして、発電運転を行なっている際に、何らかの原因で、前記メインバルブ101〜104の開閉に不具合を生じてしまうと、前記制御装置240は、前記圧力計243〜246からの情報に基づき、下記の表1に示すような条件に対応して、当該メインバルブ101〜104に不具合を生じたと判断して、前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bの開閉作動をさらに制御する。
And, when performing a power generation operation, if there is a problem in the opening and closing of the
このような前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bの作動により、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200においては、前記メインバルブ101〜104の開閉不具合に左右されることなく先の説明と同様に前記サブスタック111,112を運転経過時間に対応して順次切り換えることが何ら問題なくできる。
In the polymer electrolyte fuel cell
そして、酸化ガス系統においても、上述した燃料ガス系統と同様にして構成されて作動するため、上述した燃料ガス系統の場合と同様に、メインバルブの開閉不具合に左右されることなく先の説明と同様に前記サブスタック111,112を運転経過時間に対応して順次切り換えることが何ら問題なくできる。 Since the oxidant gas system is also configured and operated in the same manner as the above-described fuel gas system, the same as in the case of the above-described fuel gas system, the above description is not affected by the opening / closing malfunction of the main valve. Similarly, the sub-stacks 111 and 112 can be switched sequentially in accordance with the elapsed operation time without any problem.
つまり、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100においては、前記電圧計141,142からの情報により、前記メインバルブ101〜104の開閉不具合の有無を検出して、前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bをすべて同時に作動制御するようにしたが、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200においては、前記圧力計243〜246からの情報により、不具合を生じた前記メインバルブ101〜104を特定すると共にその不具合状態を特定して、当該不具合を解消するために必要な前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bのみを作動制御するようにしたのである。
That is, in the polymer electrolyte fuel cell
このため、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200では、作動させる必要のない前記バイパスバルブ101a〜104a及び前記サブバルブ101b〜104bを作動させずに済ますことができるので、上記不具合を解消させるのに要する上記バルブ101a〜104a,101b〜104bの作動電力の無駄を削減することができる。
For this reason, in the polymer electrolyte fuel cell
したがって、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200によれば、前述した実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した実施形態の場合よりも省電力で不具合の解消を図ることができる。
Therefore, according to the polymer electrolyte fuel cell
[第三番目の実施形態]
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第三番目の実施形態を図6,7に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を図面に付すことにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
[Third embodiment]
A third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. However, with respect to the same parts as those in the above-described embodiment, the same reference numerals as those used in the description of the above-described embodiment are attached to the drawings, and the description overlapping with the description in the above-described embodiment is omitted.
図6に示すように、前記第一のサブスタック111の燃料ガス排出口と前記第二のサブスタック112の燃料ガス受入口との間となる前記サブバルブ103aの前記水素ガス1の流通方向下流側近傍位置には、電磁式の開度調整バルブ351が設けられている。前記第二のサブスタック112の燃料ガス排出口と前記第一のサブスタック111の燃料ガス受入口との間となる前記サブバルブ104aの前記水素ガス1の流通方向下流側近傍位置には、電磁式の開度調整バルブ352が設けられている。
As shown in FIG. 6, the flow direction of the
このような本実施形態においては、前記開度調整バルブ351,352等により燃料ガス用圧損付与手段を構成している。
In the present embodiment, the opening
なお、本実施形態においても、図面の煩雑化を避けるため、酸化ガス用圧損付与手段等の酸化ガス系統は、その記載を省略しているものの、上述した燃料ガス用圧損付与手段等の燃料ガス系統と同様にして構成されている。 Also in this embodiment, in order to avoid complication of the drawing, although the description of the oxidizing gas system such as the oxidizing gas pressure loss applying means is omitted, the fuel gas such as the fuel gas pressure loss applying means described above is omitted. It is configured in the same way as the system.
前記サブスタック111,112には、当該サブスタック111,112に流れた電流量を計測する燃料ガス用圧損付与量検知手段(酸化ガス用圧損付与量検知手段も兼ねる)である電流計347,348がそれぞれ電気的に接続している。これら電流計347,348及び前記圧力計243〜246は、制御手段である制御装置340の入力部にそれぞれ電気的に接続されている。
The sub-stacks 111 and 112 include
前記制御装置340の出力部は、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104b,351,352にそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置240は、燃料ガス用切換時期確認手段(酸化ガス用切換時期確認手段も兼ねる)である内蔵された図示しないタイマからの情報(運転時間)及び上記圧力計243〜246並びに上記電流計347,348からの情報に基づいて、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104b,351,352の開閉を制御すると共に、前記酸化ガス用最上流位置切換手段、前記酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段、前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段、前記酸化ガス用最下流位置切換手段、前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段、前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段、酸化ガス用圧損付与手段等も前述した実施形態の場合と同様に制御することができるようになっている(前述した実施形態と異なるところは後述する)。
The output unit of the control device 340 is electrically connected to the
このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム300においては、前述した第一,二番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100,200の場合と同様に作動させることにより、前述した第一,二番目の実施形態の場合と同様に、ブロアやエジェクタ等のガス循環装置がなくても、前記サブスタック111,112内から生成水2を排出することができると同時に、水素ガス供給源130からの水素ガス1及び酸素ガス供給源からの酸素ガスをほとんどすべて発電に使用することができる。
The polymer electrolyte fuel cell
さらに、前記制御装置340は、前記開度調整バルブ351,352を流通する水素ガス1に一定の圧力損失P1を付与するように、前記電流計347,348からの情報に基づいて、当該開度調整バルブ351,352の開度を調整制御する。
Further, the control device 340 determines the opening degree based on information from the
すなわち、前記サブスタック111,112は、電流負荷が増加するほど、供給されるガス量も増加するため、図7に示すように、前記電流計347,348の電流値が大きくなるほど、ガス流通方向上流側に位置する前記サブスタック(例えば、第一のサブスタック111)のガス排出口側に位置する上記開度調整バルブ(例えば、開度調整バルブ351)を流通するガス流通量も次第に増加することから(ガス流通方向下流側に位置する前記サブスタック(例えば、第二のサブスタック112)のガス排出口側に位置する上記開度調整バルブ(例えば、開度調整バルブ352)にはガスが流通しない)、上記開度調整バルブ351,352の開度を調整することにより、当該ガスに常に一定の圧力損失値P1を付与することができるのである。
That is, as the current load increases, the amount of gas supplied to the sub stacks 111 and 112 increases. Therefore, as the current values of the
このため、例えば、前記サブスタック111,112内の流通によって付与される水素ガス1に対する圧力損失が小さい場合であっても、当該水素ガス供給源130から水素ガス1を供給される場合と、当該水素ガス1の流通方向上流側に位置する前記サブスタック111,112の前記水素ガス排出口から排出された上記水素ガス1を供給される場合とにおいて、前記入側圧力計243,244で計測される当該水素ガス1の圧力値に明確な違いを生じさせることができる。
Therefore, for example, even when the pressure loss with respect to the
したがって、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム300によれば、前述した第二番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、不具合を生じている前記メインバルブ101〜104の不具合状態(特に、前記メインバルブ103,104が開放できずに閉鎖した状態のままのとき)をさらに確実に検知することができる。
Therefore, according to the polymer electrolyte fuel cell
[他の実施形態]
なお、前述した第三番目の実施形態においては、前記サブスタック111,112に流れた電流量を計測する前記電流計347,348からの情報に基づいて、前記開度調整バルブ351,352を流通するガスの流量を検知するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記サブスタック111,112の前記ガス排出口部分のガス流通量を計測するガス流量計をそれぞれ設け、当該ガス流量計からの情報に基づいて、前記開度調整バルブ351,352を流通するガスの流量を検知するようにすることも可能である。
[Other Embodiments]
In the third embodiment described above, the opening
また、前述した第三番目の実施形態においては、前記ガスに常に一定の圧力損失P1を付与できる前記開度調整バルブ351,352を圧損付与手段として適用するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ガスを常に一定量以下で流通させるレデューサ等のような圧損付与手段を適用することも可能である。しかしながら、前述した第三番目の実施形態のように、開度調整バルブ351,352を圧損付与手段として適用すると、前記ガスに圧力損失を無駄に付与しなくて済ますことができ、無駄なエネルギ消費を抑えることができるようになるので好ましい。
In the third embodiment described above, the opening
また、前述した第三番目の実施形態においては、前記開度調整バルブ351,352等によって前記ガスに圧力損失を付与することにより、前記ガス供給源から前記ガスを供給される場合と、当該ガスの流通方向上流側に位置する前記サブスタックの前記ガス排出口から排出された上記ガスを供給される場合との相違を明確に検知できるようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記スタック111,112の前記ガス受入口部分のガス流量を計測するガス流量計をそれぞれ設け、当該スタック111,112に供給される前記ガスの流通量を計測することや(前記ガス供給源からの前記ガスは多い一方、前記スタック111,112の前記ガス排出口からの前記ガスは少ない。)、前記スタック111,112の前記ガス受入口近傍に湿度計又は露点計を設け、当該スタック111,112に供給される前記ガスの湿度又は露点を計測すること(前記ガス供給源からの前記ガスは乾燥している一方、前記スタック111,112の前記ガス排出口からの前記ガスは加湿されている。)等によって、前記ガス供給源から前記ガスを供給される場合と、当該ガスの流通方向上流側に位置する前記サブスタックの前記ガス排出口から排出された上記ガスを供給される場合との相違を明確に検知できるようにすることも可能である。
In the third embodiment described above, when the gas is supplied from the gas supply source by applying pressure loss to the gas by the opening
また、前述した第一番目の実施形態においては、前記スタック111,112に設けた前記電圧計141,142からの情報に基づいて、前記メインバルブ101〜104の不具合を判断し、前述した第二,三番目の実施形態においては、前記スタック111,112の前記ガス受入口及び前記ガス排出口の近傍に設けた前記圧力計243〜246等からの情報に基づいて、前記メインバルブ101〜104の不具合を判断するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記スタック111,112の前記ガス受入口部分及び前記ガス排出口部分の前記ガスの流通量を計測するガス流量計をそれぞれ設け、当該流量計からの情報に基づいて、前述した第二番目の実施形態の場合と同様に、前記メインバルブ101〜104の不具合を判断するようにすることも可能である。
In the first embodiment described above, the malfunction of the main valves 101-104 is determined based on information from the
また、前述した第一~三番目の実施形態では、燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、運転時間を計測する前記タイマを設け、前記制御装置140,240,340が、当該タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間の経過により、前記バルブ101〜104,101a〜104a,101b〜104bを制御するようにしたが、他の実施形態として、例えば、以下のようにすること等によっても、前述した各実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
In the first to third embodiments described above, the timer for measuring the operation time is provided as the fuel gas switching timing confirmation means and the oxidizing gas switching timing confirmation means, and the
(1)燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、燃料ガス供給手段からの燃料ガスの送給量や酸化ガス供給手段からの酸化ガスの送給量を計測するガス流量計測手段(例えば、マスフローメータやオリフィス式ガス流量計等)を設け、制御手段が、当該ガス流量計測手段からの情報に基づいて、燃料ガスや酸化ガスの送給量の積算値により、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。 (1) Gas flow rate for measuring the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply means and the amount of oxidation gas supplied from the oxidizing gas supply means as the fuel gas switching time confirmation means and the oxidizing gas switching time confirmation means Measuring means (for example, a mass flow meter, an orifice type gas flow meter, etc.) is provided, and the control means uses the integrated value of the supply amount of the fuel gas or the oxidizing gas based on the information from the gas flow measuring means. The position switching means such as is controlled.
(2)燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックに流れる電流量を計測する電流量計測手段を設け、制御手段が、当該電流量計測手段からの情報に基づいて、前記サブスタックに流れた電流量の積算値により、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。 (2) A current amount measuring means for measuring the amount of current flowing through the sub-stack is provided as a fuel gas switching timing confirmation means or an oxidizing gas switching timing confirmation means, and the control means uses the information from the current amount measurement means as a reference. Based on the integrated value of the amount of current flowing through the sub stack, the position switching means such as the valve is controlled.
(3)燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記セルの電圧を計測するセル電圧計測手段を設け、制御手段が、当該セル電圧計測手段からの情報に基づいて、予め設定されたセル電圧基準値よりも小さくなったときに、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする(例えば、特開2002−151125号公報等に記載されている技術の応用)。 (3) As a fuel gas switching timing confirmation means and an oxidizing gas switching timing confirmation means, a cell voltage measurement means for measuring the voltage of the cell is provided, and the control means is based on information from the cell voltage measurement means, When the voltage becomes smaller than a preset cell voltage reference value, the position switching means such as the valve is controlled (for example, application of the technique described in JP-A-2002-151125).
(4)燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックの前記ガス流通方向下流側の水分量を計測するセル水分計測手段を設け、制御手段が、当該セル水分計測手段からの情報に基づいて、前記ガス流通方向最下流側に位置する前記サブスタックの、前記ガス流通方向下流側の水分量が、予め設定された水分量基準値よりも大きくなったときに、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。 (4) As a fuel gas switching timing confirmation means and an oxidizing gas switching timing confirmation means, a cell moisture measuring means for measuring the moisture content downstream of the sub stack in the gas flow direction is provided, and the control means is configured to control the cell moisture. Based on the information from the measuring means, when the water content on the downstream side in the gas flow direction of the sub stack located on the most downstream side in the gas flow direction becomes larger than a preset water content reference value. The position switching means such as the valve is controlled.
(5)燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタック内の圧損値を計測する圧損計測手段を設け、制御手段が、当該圧損計測手段からの情報に基づいて、前記ガス流通方向最下流側に位置する前記サブスタック内の圧損が、予め設定された圧損基準値よりも大きくなったときに(前記流路内の滞留水が多くなると圧力損失が大きくなる)、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。 (5) Pressure loss measuring means for measuring the pressure loss value in the sub-stack is provided as the fuel gas switching timing confirmation means and the oxidizing gas switching timing confirmation means, and the control means is based on information from the pressure loss measuring means. When the pressure loss in the sub-stack located on the most downstream side in the gas flow direction becomes larger than a preset pressure loss reference value (the pressure loss increases as the amount of accumulated water in the flow path increases) The position switching means such as the valve is controlled.
(6)燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックの前記ガス排出口部分の圧力を計測する排出口圧力計測手段を設け、制御手段が、当該排出口圧力計測手段からの情報に基づいて、前記ガス流通方向最下流側に位置する前記サブスタックの前記ガス排出口部分の圧力が、予め設定された圧力基準値よりも小さくなったときに(前記流路内の滞留水が多くなると圧力が小さくなる)、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。 (6) As a fuel gas switching timing confirmation means and an oxidant gas switching timing confirmation means, there is provided an outlet pressure measuring means for measuring the pressure of the gas outlet portion of the sub-stack, and the control means has the outlet pressure Based on the information from the measuring means, when the pressure of the gas outlet portion of the sub-stack located on the most downstream side in the gas flow direction becomes smaller than a preset pressure reference value (the flow path When the amount of accumulated water increases, the pressure decreases), and the position switching means such as the valve is controlled.
また、前述した各実施形態においては、燃料ガスの流通経路や酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように2つの前記サブスタック111,112を接続した固体高分子形燃料電池の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、燃料ガスの流通経路や酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように3つ以上の前記サブスタックを接続した固体高分子形燃料電池の場合であっても、前述した各実施形態の場合と同様にして適用することができ、前述した各実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。
Further, in each of the above-described embodiments, a case of a polymer electrolyte fuel cell in which the two
また、前述した各実施形態においては、燃料ガス系統及び酸化ガス系統の両者共に、前記最上流位置切換手段、前記最上流位置切換バイパス手段、前記最上流位置切換サブ手段、前記切換時期確認手段、前記切換不具合検出手段等を備えている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、燃料ガス系統及び酸化ガス系統のいずれか一方のみに、前記最上流位置切換手段、前記最上流位置切換バイパス手段、前記最上流位置切換サブ手段、前記切換時期確認手段、前記切換不具合検出手段等を備えるようにすることも可能である。 Further, in each of the above-described embodiments, both the fuel gas system and the oxidant gas system include the most upstream position switching means, the most upstream position switching bypass means, the most upstream position switching sub means, the switching timing confirmation means, Although the case where the switching failure detection means and the like are provided has been described, the present invention is not limited to this, and as another embodiment, for example, only one of the fuel gas system and the oxidant gas system has the most upstream position. It is also possible to provide switching means, the most upstream position switching bypass means, the most upstream position switching sub means, the switching timing confirmation means, the switching failure detection means, and the like.
また、前述した各実施形態において、前記バイパスバルブ101a〜101bが非作動時に閉鎖状態となるタイプであり、前記サブバルブ101b〜104bが非作動時に開放状態となるタイプであると、電力消費量を抑制することができ、システムの全体効率の低下を抑制することができるので好ましい。
Further, in each of the above-described embodiments, when the
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、前記最上流位置切換手段や前記最下流位置切換手段に不具合を生じたとしても、前期切換不具合検出手段からの情報に基づいて、制御手段が、前記切換サブ手段や前記切換バイパス手段を制御することにより、発電運転を問題なく継続することができることから、産業上、極めて有益に利用することができる。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention, even if a malfunction occurs in the most upstream position switching means or the most downstream position switching means, the control means is based on information from the previous switching malfunction detection means. Since the power generation operation can be continued without any problems by controlling the switching sub means and the switching bypass means, it can be used extremely beneficially industrially.
1 水素ガス
2 生成水
100 固体高分子形燃料電池発電システム
101〜104 メインバルブ
101B〜104B バイパスライン
101a〜104a バイパスバルブ
101b〜104b サブバルブ
111 第一のサブスタック
112 第二のサブスタック
121,122 ドレントラップ
130 水素ガス供給源
140 制御装置
141,142 電圧計
200 固体高分子形燃料電池発電システム
240 制御装置
243 入側圧力計
244 出側圧力計
245 入側圧力計
246 出側圧力計
300 固体高分子形燃料電池発電システム
340 制御装置
347,348 電流計
351,352 開度調整バルブ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と
を備え、
前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記燃料ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、
前記燃料ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの燃料ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された燃料ガス用気液分離手段と、
前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最上流位置切換手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最下流位置切換手段と、
運転時間、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用切換時期確認手段と、
前記燃料ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御する制御手段と
を備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最上流位置切換手段に対して直列的に設けられた燃料ガス用最上流位置切換サブ手段と、
前記燃料ガス用最上流位置切換手段を経由することなく、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように当該燃料ガス用最上流位置切換手段に対して並列的に設けられた燃料ガス用最上流位置切換バイパス手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最下流位置切換手段に対して直列的に設けられた燃料ガス用最下流位置切換サブ手段と、
前記燃料ガス用最下流位置切換手段を経由することなく、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように当該燃料ガス用最下流位置切換手段に対して並列的に設けられた燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段と、
前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの受入口部分及び排出口部分の圧力値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの受入口部分及び排出口部分の前記燃料ガスの流通量、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用切換不具合検出手段と
を備え、
前記制御手段が、さらに、前記燃料ガス用切換不具合検出手段からの情報に基づいて、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最上流位置切換サブ手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御すると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記燃料ガス用最下流位置切換サブ手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 A solid polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode and separators formed with fuel gas and oxidation gas flow paths are laminated;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the polymer electrolyte fuel cell;
An oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the polymer electrolyte fuel cell,
In the polymer electrolyte fuel cell, a plurality of sub-stacks in which the cells and the separators are alternately stacked are connected so as to form a series loop shape in the flow path of the fuel gas,
The fuel gas supply means is connected to the fuel gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell;
Gas-liquid separation means for fuel gas respectively disposed in the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
A fuel gas most upstream position switching means for cutting or connecting between the fuel gas supply means and the fuel gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell;
Fuel gas most downstream position switching means for cutting or connecting the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The operating time, the amount of fuel gas supplied from the fuel gas supply means, the amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the cell of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell Voltage value, moisture content in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, pressure loss value in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the fuel gas in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell A fuel gas switching timing confirmation means for measuring at least one of the pressure values at the discharge port portion,
Based on information from the fuel gas switching timing confirmation means, the fuel gas uppermost position switching is performed so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the fuel gas flow direction. And control means for controlling the fuel gas most downstream position switching means so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the fuel gas flow direction. In a polymer electrolyte fuel cell power generation system,
In series with the most upstream position switching means for fuel gas so as to cut or connect between the fuel gas supply means and the fuel gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. Provided uppermost position switching sub means for fuel gas,
The fuel gas supply means and the fuel gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell are disconnected or connected without going through the most upstream position switching means for the fuel gas. The most upstream position switching bypass means for fuel gas provided in parallel to the most upstream position switching means for the fuel gas;
Provided in series with the fuel gas most downstream position switching means so as to cut or connect the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell, respectively. A most downstream position switching sub means for fuel gas;
The fuel gas so as to cut or connect the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell without going through the most downstream position switching means for the fuel gas. Fuel gas most downstream position switching bypass means provided in parallel with the most downstream position switching means,
Voltage value of the cells of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, pressure values of the fuel gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the solid polymer type A fuel gas switching failure detection means for measuring at least one of the fuel gas flow rate in the fuel gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the fuel cell, and
The control means further includes a gap between the fuel gas supply means and the fuel gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell based on information from the fuel gas switching failure detection means. The fuel gas most upstream position switching sub means and the fuel gas most downstream position switching bypass means are respectively controlled so as to be disconnected or connected, and between the sub stacks to which the polymer electrolyte fuel cell is connected. The fuel gas most downstream position switching sub-means and the fuel gas most downstream position switching bypass means are respectively controlled so as to cut or connect the flow paths of the fuel gas respectively. Polymer fuel cell power generation system.
前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と
を備え、
前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、
前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、
前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、
運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と、
前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御する制御手段と
を備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換サブ手段と、
前記酸化ガス用最上流位置切換手段を経由することなく、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最上流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換サブ手段と、
前記酸化ガス用最下流位置切換手段を経由することなく、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最下流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段と、
前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の圧力値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の前記酸化ガスの流通量、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換不具合検出手段と
を備え、
前記制御手段が、さらに、前記酸化ガス用切換不具合検出手段からの情報に基づいて、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御すると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 A solid polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode and separators formed with fuel gas and oxidation gas flow paths are laminated;
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the polymer electrolyte fuel cell;
An oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the polymer electrolyte fuel cell,
The polymer electrolyte fuel cell is formed by connecting a plurality of sub-stacks in which the cells and the separators are alternately stacked, so that the flow path of the oxidizing gas is in a series loop shape,
The oxidizing gas supply means is connected to the oxidizing gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell;
Gas-liquid separation means for oxidizing gas respectively disposed in the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The most upstream position switching means for oxidizing gas for cutting or connecting between the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell;
An oxidizing gas most downstream position switching means for cutting or connecting the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The operating time, the amount of the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply means, the amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the cell of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell Voltage value, moisture content in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, pressure loss value in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the oxidizing gas in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell Oxidization gas switching time confirmation means for measuring at least one of the pressure values of the outlet portion of the
Based on the information from the oxidant gas switching timing confirmation means, the oxidant gas uppermost position switching is performed so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the oxidant gas flow direction. Control means for controlling the oxidizing gas most downstream position switching means so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the flowing direction of the oxidizing gas. In a polymer electrolyte fuel cell power generation system,
In series with the most upstream position switching means for oxidizing gas so as to cut or connect between the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. Provided, the most upstream position switching sub means for oxidizing gas;
The oxidant gas supply means and the oxidant gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell are disconnected or connected without going through the oxidant gas most upstream position switching means. The most upstream position switching bypass means for oxidizing gas provided in parallel with the most upstream position switching means for oxidizing gas;
Provided in series with the oxidizing gas most downstream position switching means so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell, respectively. A most downstream position switching sub means for oxidizing gas;
The oxidizing gas so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell without passing through the downstream-most position switching means for the oxidizing gas. An oxidizing gas most downstream position switching bypass means provided in parallel with the most downstream position switching means;
The voltage value of the cells of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the pressure values of the oxidizing gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the solid polymer type An oxidizing gas switching failure detecting means for measuring at least one of the oxidizing gas flow rate of the oxidizing gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the fuel cell; and
The control means further includes a gap between the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell based on information from the oxidizing gas switching failure detecting means. The oxidizing gas upstreammost position switching sub means and the oxidizing gas downstream position switching bypass means are respectively controlled so as to be disconnected or connected, and between the sub stacks to which the polymer electrolyte fuel cell is connected. The oxidizing gas most downstream position switching sub means and the oxidizing gas most downstream position switching bypass means are respectively controlled so as to cut or connect the flow paths of the oxidizing gas respectively. Polymer fuel cell power generation system.
前記固体高分子形燃料電池が、さらに、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように前記サブスタックを複数接続したものであり、
前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、
前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、
運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と、
前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換サブ手段と、
前記酸化ガス用最上流位置切換手段を経由することなく、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最上流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最上流位置切換バイパス手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換手段に対して直列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換サブ手段と、
前記酸化ガス用最下流位置切換手段を経由することなく、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように当該酸化ガス用最下流位置切換手段に対して並列的に設けられた酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段と、
前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の圧力値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの受入口部分及び排出口部分の前記酸化ガスの流通量、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換不具合検出手段と
を備え、
前記制御手段が、前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御し、さらに、前記酸化ガス用切換不具合検出手段からの情報に基づいて、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最上流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御すると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続するように前記酸化ガス用最下流位置切換サブ手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換バイパス手段をそれぞれ制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1,
The polymer electrolyte fuel cell further includes a plurality of the sub-stacks connected so as to form a circulation path of the oxidizing gas in a series loop shape,
The oxidizing gas supply means is connected to the oxidizing gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell;
Gas-liquid separation means for oxidizing gas respectively disposed in the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The most upstream position switching means for oxidizing gas for cutting or connecting between the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell;
An oxidizing gas most downstream position switching means for cutting or connecting the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The operating time, the amount of the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply means, the amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the cell of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell Voltage value, moisture content in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, pressure loss value in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the oxidizing gas in the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell Oxidization gas switching time confirmation means for measuring at least one of the pressure values of the outlet portion of the
In series with the most upstream position switching means for oxidizing gas so as to cut or connect between the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. Provided, the most upstream position switching sub means for oxidizing gas;
The oxidant gas supply means and the oxidant gas inlet of each of the sub-stacks of the polymer electrolyte fuel cell are disconnected or connected without going through the oxidant gas most upstream position switching means. The most upstream position switching bypass means for oxidizing gas provided in parallel with the most upstream position switching means for oxidizing gas;
Provided in series with the oxidizing gas most downstream position switching means so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell, respectively. A most downstream position switching sub means for oxidizing gas;
The oxidizing gas so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell without passing through the downstream-most position switching means for the oxidizing gas. An oxidizing gas most downstream position switching bypass means provided in parallel with the most downstream position switching means;
The voltage value of the cells of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the pressure values of the oxidizing gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell, the solid polymer type An oxidizing gas switching failure detecting means for measuring at least one of the oxidizing gas flow rate of the oxidizing gas inlet and outlet portions of the sub-stack of the fuel cell; and
The control means switches the oxidant gas so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the flow direction of the oxidant gas based on information from the oxidant gas switching time confirmation part And controlling the most downstream position switching means for oxidizing gas so as to switch the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the flow direction of the oxidizing gas. Further, based on information from the oxidizing gas switching failure detecting means, the oxidizing gas supply means and the oxidizing gas inlet of each sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell are disconnected or connected, respectively. Controlling the most upstream position switching sub means for oxidizing gas and the most downstream position switching bypass means for oxidizing gas, respectively, and the solid polymer The oxidizing gas most downstream position switching sub-means and the oxidizing gas most downstream position switching bypass means so as to cut or connect the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the fuel cell, respectively. A polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized by being controlled.
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路を流通する当該燃料ガスに圧力損失を付与する燃料ガス用圧損付与手段を備えている
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1 or 3,
A fuel gas pressure loss applying means for applying a pressure loss to the fuel gas flowing through the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell; Solid polymer fuel cell power generation system.
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路を流通する当該燃料ガスの流量を検知する燃料ガス用圧損付与量検知手段を備え、
前記燃料ガス用圧損付与手段が、開度調整バルブであり、
前記制御手段が、前記燃料ガス用圧損付与量検知手段からの情報に基づいて、前記燃料ガスに一定の圧力損失を付与するように前記開度調整バルブを制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 4,
A fuel gas pressure loss application amount detecting means for detecting a flow rate of the fuel gas flowing through the flow path of the fuel gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The fuel gas pressure loss applying means is an opening adjustment valve,
The control means controls the opening adjustment valve so as to give a constant pressure loss to the fuel gas based on information from the fuel gas pressure loss application amount detection means. Solid polymer fuel cell power generation system.
前記燃料ガス用圧損付与量検知手段が、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、又は、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの排出口部分の前記燃料ガスの流通量を計測するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 5,
The fuel gas pressure drop application amount detection means is configured to detect the amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell or the fuel gas discharge port portion of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer fuel cell power generation system characterized by measuring the flow rate of the fuel gas.
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路を流通する当該酸化ガスに圧力損失を付与する酸化ガス用圧損付与手段を備えている
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 2 or 3,
Characterized in that it comprises pressure loss applying means for oxidizing gas that applies pressure loss to the oxidizing gas flowing through the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell. Solid polymer fuel cell power generation system.
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路を流通する当該酸化ガスの流量を検知する酸化ガス用圧損付与量検知手段を備え、
前記酸化ガス用圧損付与手段が、開度調整バルブであり、
前記制御手段が、前記酸化ガス用圧損付与量検知手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスに一定の圧力損失を付与するように前記開度調整バルブを制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 7,
An oxidizing gas pressure loss application amount detecting means for detecting a flow rate of the oxidizing gas flowing through the flow path of the oxidizing gas between the sub-stacks connected to the polymer electrolyte fuel cell;
The pressure loss applying means for oxidizing gas is an opening adjustment valve,
The control means controls the opening adjustment valve so as to give a constant pressure loss to the oxidizing gas based on information from the oxidizing gas pressure loss applying amount detecting means. Solid polymer fuel cell power generation system.
前記酸化ガス用圧損付与量検知手段が、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、又は、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の前記酸化ガスの流通量を計測するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 8,
The oxidant gas pressure drop application amount detecting means is configured to detect the amount of current flowing through the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell or the oxidant gas outlet portion of the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer fuel cell power generation system, characterized in that it measures the flow rate of the oxidizing gas.
前記制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1 or 3,
The most upstream position for the fuel gas so that the control means positions the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the flow direction of the fuel gas on the most upstream side in the flow direction of the fuel gas. A solid polymer fuel cell power generation system characterized by controlling switching means and the most downstream position switching means for fuel gas.
前記制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 2 or 3,
The most upstream position for the oxidizing gas so that the control means positions the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most downstream side in the flowing direction of the oxidizing gas on the most upstream side in the flowing direction of the oxidizing gas. A solid polymer fuel cell power generation system characterized by controlling switching means and the most downstream position switching means for oxidizing gas.
前記制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1 or 3,
The most upstream position for the fuel gas so that the control means positions the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the fuel gas flow direction on the most downstream side in the fuel gas flow direction A solid polymer fuel cell power generation system characterized by controlling switching means and the most downstream position switching means for fuel gas.
前記制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 2 or 3,
The most upstream position for the oxidizing gas so that the control means positions the sub-stack of the polymer electrolyte fuel cell located on the most upstream side in the flowing direction of the oxidizing gas on the most downstream side in the flowing direction of the oxidizing gas. A solid polymer fuel cell power generation system characterized by controlling switching means and the most downstream position switching means for oxidizing gas.
前記燃料ガス供給手段が、濃度99%以上の水素ガスを供給するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of claims 1, 3, 4 to 6, 10, and 12,
The fuel gas supply means supplies hydrogen gas having a concentration of 99% or more. A solid polymer fuel cell power generation system, wherein:
前記酸化ガス供給手段が、濃度99%以上の酸素ガスを供給するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。 In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of claims 2, 3, 7 to 9, 11, and 13,
The solid polymer fuel cell power generation system, characterized in that the oxidizing gas supply means supplies oxygen gas having a concentration of 99% or more.
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