JP2728982B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リン酸が漏洩しても
地絡電流が流れることのない燃料電池発電装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】先ず、燃料電池発電装置を構成する燃料
電池本体の一般的な構造について説明する。図４は、例
えば実開昭６２−１７３１５６号公報に示された、燃料
電池本体の一般的な構造を示す構造図である。図におい
て、１は燃料電池本体、２は空気極及び燃料極から成る
単位電池を上下方向に多数積層した燃料電池積層部であ
り、燃料極及び空気極の上下の配置関係により正負の極
性が決められる（上部が正極側の場合もあり、下部が正
極側の場合もある）。３ａ及び３ｂは燃料電池積層部２
の上下に配置された出力端子板であり、取り付けられた
出力リード線（図示せず）から直流出力が外部に取り出
される。４ａ及び４ｂは燃料電池積層部２が発生する直
流電圧を締付板５ａ及び５ｂから絶縁する絶縁板、５ａ
及び５ｂは締付ボルト６により締め付けられて燃料電池
本体１を一体に保持する締付板である。締付板５ａ及び
５ｂと締付ボルト６とは締付構造物を構成し、燃料電池
本体１の台床（図示せず）を介してアース（図示せず）
に接続されている。７は燃料電池積層部２に燃料ガス及
び空気を供給するマニホールドである。

【０００３】燃料電池発電装置は、その規模によって、
１基の燃料電池本体１のみから構成される場合と複数基
から構成される場合とがある。燃料電池本体１の出力は
比較的低電圧、大電流であるため、複数基構成の場合に
は各燃料電池本体１を直列に接続するのが通例である。
このような燃料電池本体１に外部回路を接続し発電装置
として使用する場合、対地電位を抑えるため及び地絡を
検出するために、従来は燃料電池本体１の中央電位付近
の部位に接地線を接続していた。

【０００４】図５は、例えば特願平１−９２５０３号明
細書に示された従来の燃料電池発電装置を示す構成図で
ある。図において、１は図４の場合と同様の構造を備え
た燃料電池本体であり、ここでは上部が正極、下部が負
極になっている。８ａ、８ｂは、それぞれ出力端子板３
ａ、３ｂに接続された出力リード線であり、出力リード
線８ａが正、出力リード線８ｂが負になっている。９は
燃料電池本体１の中央電位付近の部位に接続された接地
線、１０は接地線９の途中に挿入された接地検出リレー
である。一般に、燃料電池本体１は、全体的に絶縁され
ており、１箇所で地絡が発生しても、回路（閉ループ）
が形成されないので地絡電流が流れることはない。しか
し、複数箇所で地絡が発生した場合には、各地絡箇所を
介して回路が形成され、発電に寄与しない循環電流即ち
地絡電流が流れてしまう。従って、接地線９及び接地検
出リレー１０を設けておき、地絡電流による過電流及び
過負荷を防止している。 通常、地絡異常が発生していな
ければ、接地線９に電流が流れることはない。一方、燃
料電池本体１のいずれかの箇所で地絡が発生すると、地
絡箇所と接地線９との間で回路が形成されて接地線９に
地絡電流が流れる。従って、接地検出リレー１０は、接
地線９を介して流れる地絡電流を検出することにより地
絡の発生を検出し、周知のように給電システムをトリッ
プして過電流による損傷を防止する。

【０００５】図５は、燃料電池発電装置が、１基の燃料
電池本体１から構成される場合であったが、２基直列構
成の場合を図６に示す。図において、８ａ、８ｂ、９、
１０は図５の場合と同様のものである。１１、１２は燃
料電池本体であり、それぞれ図４の場合と同様の構造を
備えている。１３は燃料電池本体１１及び１２を直列に
接続するための中間リード線である。この場合、接地線
９は全体の中央電位である中間リード線１３に接続され
ている。燃料電池発電装置が３基以上の燃料電池本体１
から構成される場合も同様であり、それぞれを直列に接
続した後、全体の中央電位の部位に接地線９が接続され
る。

【０００６】次に、図５及び図６に示した従来の燃料電
池発電装置の動作について説明する。一般に、燃料電池
本体１は電解質としてリン酸を使用しているが、燃料電
池発電装置の運転に伴う温度、湿度の変化のために、リ
ン酸が膨張してその一部が燃料電池積層部２から外部に
はみ出し、さらに側面を伝わって下方に滴下する現象が
見られる。燃料電池本体１の下方に滴下したリン酸は、
出力端子板３ｂ及び絶縁板４ｂの側面や締付板５ｂの上
面に付着し、出力端子板３ｂ及び締付板５ｂの間に電気
的短絡を生じさせる。

【０００７】図５の場合にこのような電気的短絡が生ず
ると、下側の極（負極）で地絡が生じたことになり、燃
料電池本体１の下部を通って接地線９に地絡電流が流
れ、接地検出リレー１０が動作する。

【０００８】また、２基の燃料電池本体１から構成され
る図６の場合、中間リード線９の上側の燃料電池本体１
１については、下側の出力端子板３ｂがアース電位とな
るので上記リン酸漏洩現象が生じても回路が形成されず
地絡電流は流れないが、中間リード線１３の下側の燃料
電池本体１２については、下側の出力端子板３ｂで地絡
が生じると、図５の場合と同様に回路が形成されて地絡
電流が流れてしまう。すなわち、２つの燃料電池本体１
１及び１２は極性の向きが同じになるように設置されて
いるので、中間リード線１３の一端が燃料電池本体１１
あるいは１２のどちらかで、上の出力端子板３ａに接続
されることになり、リン酸漏洩時の地絡電流の発生を防
ぐことはできない。前述のように、地絡電流の発生時に
は接地検出リレー１０により発電システムがトリップさ
れるが、燃料電池本体１のリン酸漏洩現象は比較的発生
し易いので、リン酸が漏洩する毎に地絡電流が流れてい
ては、結果的に燃料電池本体１を損傷してしまうことに
なる。

【０００９】このような、リン酸による電気的短絡を防
ぐための方策がいくつか提案されており、その一例とし
て絶縁板４ａ、４ｂの沿面距離を長くとる構造が、例え
ば特開昭６２−２３４８７４号公報に示されている（図
７参照）。この例では、滴下してきたリン酸１７は絶縁
板４ｂによって止められるので、締付板５ｂまで達しに
くく、出力端子板３ｂ及び締付板５ｂの間に電気的短絡
が生じにくい構成になっている。しかしながら、この対
策も十分ではなく、燃料電池本体１あるいは１２の絶縁
性能が経時的に低下することは避けられなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電装
置は以上のように、燃料電池本体１の中央電位の部位、
あるいは直列接続された燃料電池本体１１及び１２の中
央電位の部位に接地線９を接続していたので、リン酸が
燃料電池本体１あるいは１２の下方に滴下すると地絡電
流が流れてしまう。このような地絡電流が発生すると、
燃料電池発電装置の出力にロスが生じるという問題があ
り、程度によっては燃料電池本体１あるいは１２が損傷
するという問題もあった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、燃料電池発電装置の出力にロス
を生じず、また燃料電池本体を損傷することもない燃料
電池発電装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１の発
明に係る燃料電池発電装置は、複数の単位電池が上下方
向に積層され且つ電解質としてリン酸を含む燃料電池積
層部と燃料電池積層部の上下に配置された出力端子板と
を有する燃料電池本体と、燃料電池本体の一部位に接続
された接地線と、接地線に挿入された接地検出リレーと
を備えた燃料電池発電装置において、接地線は、上下の
出力端子板のうちの下方の出力端子板に接続されたもの
である。

【００１３】また、この発明の請求項２の発明に係る燃
料電池発電装置は、複数の単位電池が上下方向に積層さ
れ且つ電解質としてリン酸を含む燃料電池積層部と燃料
電池積層部の上下に配置された正負の出力端子板とを有
する燃料電池本体と、燃料電池本体と同構成の別の燃料
電池本体と、燃料電池本体の正の出力端子板と別の燃料
電池本体の負の出力端子板とを接続して２個の燃料電池
本体を直列構成とするための中間リード線と、燃料電池
本体及び別の燃料電池本体の一部位に接続された接地線
と、接地線に挿入された接地検出リレーとを備えた燃料
電池発電装置において、燃料電池本体及び別の燃料電池
本体は、中間リード線が接続された出力端子板の方を下
側にして設置されるとともに、接地線は、中間リード線
に接続されたものである。

【００１４】

【００１５】

【作用】この発明の請求項１及び２の発明においては、
燃料電池本体の下側の出力端子板に接地線及び接地検出
リレーを挿入することにより、リン酸の滴下による地絡
現象によって下側の出力端子板及び締付構造物の間で電
気的短絡が生じても、閉ループを形成しないようにし
て、地絡電流の発生を防止すると共に、実害が発生しな
い地絡状態の検出（不必要な地絡検出）によるトリップ
を防止する。

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下、この発明の請求項１の発明の一実施例
を図について説明する。図１はこの発明の一実施例を示
す構成図であり、１、８ａ、８ｂ、１０は前述と同様の
ものである。９は下側の出力端子板３ｂに接続された接
地線である（図４参照）。当然のことながら、下側の出
力端子板３ｂは、上下の出力端子板３ａ及び３ｂの中間
の電位の部位よりも下方にある。

【００１８】次に、図１に示したこの発明の請求項１の
発明の一実施例の動作について説明する。この実施例に
おいては、燃料電池本体１の下側の出力端子板３ｂに接
地線９を接続しているため、リン酸の滴下による出力端
子板３ｂ及び締付板５ｂの間の電気的短絡と、これに伴
う出力端子板３ｂの地絡が生じても地絡電流が流れるこ
とはない。従って、燃料電池発電装置の出力にロスが生
じることはなく、また異常電流による燃料電池本体の損
傷の恐れもなく、正常な運転が維持される。

【００１９】図１のように下側の出力端子板３ｂを接地
する構造は、従来の中央電位の部位を接地する構造に比
べ、上側の出力端子板３ａの対地電圧は高くなるが、も
ともと燃料電池本体１の発生電圧は比較的低く（例えば
数百ボルト）、実用上何等問題は生じない。また、何等
かの原因で上側の出力端子板３ａの地絡が生じたときに
は、接地検出リレー１０により確実に地絡が検出され
る。

【００２０】尚、上記実施例では下側の出力端子板３ｂ
を接地する構造を示したが、燃料電池積層部２の中央電
位の部位より下方の部位を接地すれば、リン酸による地
絡が生じる可能性のある下側の出力端子板３ｂの電位を
下げることができるので、従来と比較して安全な燃料電
池発電装置の運転を行うことができる。

【００２１】また、図１では燃料電池本体１が１基の場
合を示したが、複数の燃料電池本体１が全て並列に接続
される構成の場合も、下側の出力端子板３ｂを接地すれ
ば、この実施例と同じ効果を奏する。

【００２２】次に、図２を参照しながら、この発明の請
求項２の発明の一実施例について説明する。図２におい
て、８ａ、８ｂ、９〜１２は前述と同様のものであり、
１３は燃料電池本体１２の正の出力端子板（図示せず）
と燃料電池本体１１の負の出力端子板（図示せず）とを
接続する中間リード線である。燃料電池本体１１及び１
２は、中間リード線１３の接続された出力端子板の方が
下になるように、燃料電池本体１１については負の出力
端子板を、燃料電池本体１２については正の出力端子板
を、それぞれ下にして設置されている。また、接地線９
は中間リード線１３に接続されている。

【００２３】この場合は、中間リード線１３が２つの燃
料電池本体１１及び１２の各下側の出力端子板どうしを
接続することができる。すなわち、このような設置構造
で中間リード線１３に接地線９を接続すれば、２基の燃
料電池本体１１及び１２のいずれかの下方で、リン酸に
よる地絡が生じても地絡電流が流れることはなく、図１
の実施例と同様、燃料電池本体１１及び１２の正常な運
転が維持される。

【００２４】なお、この図２の実施例においても出力リ
ード線８ａ及び８ｂの側の地絡は、接地検出リレー１０
によって確実に検出される。また、燃料電池本体１１及
び１２の極性を反対にするには、内部の単位電池を構成
する空気極及び燃料極の上下配置を逆にすればよい。

【００２５】次に、図３を参照しながら、この発明の請
求項２の発明の他の実施例について説明する。図３の実
施例においては、燃料電池本体１が４基以上設けられて
いる。これらの燃料電池本体１は、図４に示したものと
同じ構造を有しており、また２つのグループ１４及び１
５に分けられている。各々のグループ１４及び１５にお
いて、燃料電池本体は、並列接続リード線１６ａ〜１６
ｄによって並列に接続され、さらに並列接続された燃料
電池本体は中間リード線１３を用いて直列に接続されて
いる。グループ１４及び１５に属する各燃料電池本体
は、中間リード線１３の結線される並列接続リード線１
６ｂ及び１６ｄが接続される出力端子板の方を下側にし
て設置されている。つまり、グループ１４に属する各燃
料電池本体は、並列接続リード線１６ｂが接続される出
力端子板、すなわち負の出力端子板を下側にして設置さ
れている。また、グループ１５に属する各燃料電池本体
は、並列接続リード線１６ｄが接続される出力端子板、
すなわち正の出力端子板を下側にして設置されている。
さらに、接地線９が中間リード線１３に接続されてい
る。

【００２６】このような構成を採用することにより、全
ての燃料電池本体において、下側の出力端子板３ｂがア
ース電位となるようにすることができる。従って、いず
れの燃料電池本体の下方でリン酸による地絡が生じても
地絡電流が流れることはなく、燃料電池発電装置の正常
な運転が維持される。

【００２７】なお、多数の燃料電池本体１を接続する場
合、全てを並列接続して下方の出力端子板３ｂを接地す
れば（すなわち、複数の燃料電池本体１が全て並列に接
続される構成の場合）、リン酸による地絡電流発生の恐
れはない。しかし、燃料電池本体の出力は一般に低電
圧、大電流であるので、ロスを低減して効率的な燃料電
池発電装置を実現するためにはできるだけ直列に接続す
るのが望ましく、この点でこの発明は大きな利点を有す
る。

【００２８】次に、図４を参照しながら、この発明の請
求項３の発明の一実施例について説明する。この実施例
の燃料電池発電装置も、図４に示したものと同じ構造を
有する燃料電池本体１から構成されている。この燃料電
池本体１の内部の燃料電池積層部２は、その一部位が接
地されており、また締付板５ａ及び５ｂと締付ボルト６
とにより構成される締付構造物によって保持され、据え
付けられている。この実施例の特徴は、締付構造物を含
みかつ燃料電池積層部２を除く、燃料電池本体１の全体
を大地より絶縁したことである（この際、燃料電池積層
部２を除くのは、その一部位が接地されているからであ
る）。これは、燃料電池本体１を構成する締付構造物を
絶縁板、絶縁ボルト等によって台床に固定することによ
り実現される。

【００２９】次に、この発明の請求項３の発明の一実施
例の動作について説明する。燃料電池本体１の下方にお
いて、リン酸の滴下のために下側の出力端子板３ｂと締
付構造物との間に電気的短絡が生じても、締付構造物が
大地と絶縁されているので地絡に至ることはなく、燃料
電池発電装置の正常な運転が維持される。

【００３０】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１の発明
によれば、複数の単位電池が上下方向に積層され且つ電
解質としてリン酸を含む燃料電池積層部と燃料電池積層
部の上下に配置された出力端子板とを有する燃料電池本
体と、燃料電池本体の一部位に接続された接地線と、接
地線に挿入された接地検出リレーとを備えた燃料電池発
電装置において、接地線を上下の出力端子板のうちの下
方の出力端子板に接続したので、リン酸の滴下のために
下側の出力端子板及び締付構造物の間に電気的短絡が生
じた際に、地絡電流の発生を防止すると共に、不必要な
地絡検出を防止することができ、燃料電池発電装置の出
力のロスが少なく、また燃料電池本体を損傷する可能性
が低い燃料電池発電装置が得られる効果がある。

【００３１】また、この発明の請求項２の発明によれ
ば、複数の単位電池が上下方向に積層され且つ電解質と
してリン酸を含む燃料電池積層部と燃料電池積層部の上
下に配置された正負の出力端子板とを有する燃料電池本
体と、燃料電池本体と同構成の別の燃料電池本体と、燃
料電池本体の正の出力端子板と別の燃料電池本体の負の
出力端子板とを接続して２個の燃料電池本体を直列構成
とするための中間リード線と、燃料電池本体及び別の燃
料電池本体の一部位に接続された接地線と、接地線に挿
入された接地検出リレーとを備えた燃料電池発電装置に
おいて、燃料電池本体及び別の燃料電池本体は、中間リ
ード線が接続された出力端子板の方を下側にして設置さ
れるとともに、接地線を中間リード線に接続したので、
リン酸の滴下のために下側の出力端子板及び締付構造物
の間に電気的短絡が生じた際の地絡電流の発生を防止す
ると共に、不必要な地絡検出を防止することができ、燃
料電池発電装置の出力にロスを生じず、また燃料電池本
体を損傷することもない燃料電池発電装置を得られる効
果がある。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の請求項１の発明の一実施例を示す構
成図である。

【図２】この発明の請求項２の発明の一実施例を示す構
成図である。

【図３】この発明の請求項２の発明の他の実施例を示す
構成図である。

【図４】燃料電池本体の一般的な構造を示す構造図であ
る。

【図５】従来の燃料電池発電装置を示す構成図である。

【図６】従来の燃料電池発電装置を示す構成図である。

【図７】従来の燃料電池発電装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１、１１、１２ 燃料電池本体、２ 燃料電池積層部、
３ａ、３ｂ 出力端子板、５ａ、５ｂ 締付板、６ 締
付ボルト、９ 接地線、１０ 接地検出リレー、１３
中間リード線。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の単位電池が上下方向に積層され且
   つ電解質としてリン酸を含む燃料電池積層部と前記燃料
   電池積層部の上下に配置された出力端子板とを有する燃
   料電池本体と、 前記燃料電池本体の一部位に接続された接地線と、 前記接地線に挿入された接地検出リレーと を備えた燃料電池発電装置において、 前記接地線は、前記上下の出力端子板のうちの下方の出
   力端子板に接続されたことを特徴とする燃料電池発電装
   置。
2. 【請求項２】 複数の単位電池が上下方向に積層され且
   つ電解質としてリン酸を含む燃料電池積層部と前記燃料
   電池積層部の上下に配置された正負の出力端子板とを有
   する燃料電池本体と、前記 燃料電池本体と同構成の別の燃料電池本体と、前記 燃料電池本体の正の出力端子板と前記別の燃料電池
   本体の負の出力端子板とを接続して前記２個の燃料電池
   本体を直列構成とするための中間リード線と、 前記燃料電池本体及び前記別の燃料電池本体の一部位に
   接続された接地線と、 前記接地線に挿入された接地検出リレーと を備えた燃料
   電池発電装置において、前記燃料電池本体及び前記別の燃料電池本体は、 前記中
   間リード線が接続された出力端子板の方を下側にして設
   置されるとともに、前記接地線は、 前記中間リード線に接続されたことを特
   徴とする燃料電池発電装置。