JP3050616B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP3050616B2
JP3050616B2 JP3023070A JP2307091A JP3050616B2 JP 3050616 B2 JP3050616 B2 JP 3050616B2 JP 3023070 A JP3023070 A JP 3023070A JP 2307091 A JP2307091 A JP 2307091A JP 3050616 B2 JP3050616 B2 JP 3050616B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料と酸化剤を用い、
これらの反応によって発電する燃料電池の構造に関する
ものである。
The present invention relates to a fuel and an oxidizing agent,
The present invention relates to a structure of a fuel cell that generates power by these reactions.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、燃料極と酸化剤極が電解質
とセパレータを介して交互に積み重ねられた発電部を有
し、各極板に燃料および酸化剤を供給することで発電す
るものの総称であり、構成材料によって、いくつかの種
類に分類される。現在、実用的な見地からはリン酸を電
解質に使用したリン酸形燃料電池が技術的に最も高い完
成域に到達している。
2. Description of the Related Art A fuel cell has a power generation section in which a fuel electrode and an oxidant electrode are alternately stacked via an electrolyte and a separator, and generates power by supplying fuel and an oxidant to each electrode plate. And is classified into several types depending on the constituent materials. At present, from a practical point of view, a phosphoric acid fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte has reached the technically highest completed area.

【0003】このリン酸型燃料電池の従来例の系統図は
図3の通りであり、また発電部の構成は図4の通りであ
る。従来の例は、発電部1と、その発電部1に供給す
る、水素を主成分とする燃料ガスを原料ガスから作製す
る改質器2と、この改質器2を高温で作動させるための
バーナ3と、このバーナ3に空気を送り込むとともに前
記発電部1の各セルの酸化剤極13に対して酸化剤ガス
として空気を送り込むブロワー4と、上記燃料ガスを作
製する際に原料ガスへ混入する水蒸気を供給する水蒸気
発生装置5とを有している。
FIG. 3 is a system diagram of a conventional example of this phosphoric acid type fuel cell, and FIG. 4 shows a configuration of a power generation unit. The conventional example includes a power generation unit 1, a reformer 2 supplied to the power generation unit 1 for producing a fuel gas containing hydrogen as a main component from a raw material gas, and a reformer 2 for operating the reformer 2 at a high temperature. A burner 3; a blower 4 for sending air to the burner 3 and sending air as an oxidizing gas to an oxidizing electrode 13 of each cell of the power generation unit 1; And a steam generator 5 for supplying steam.

【0004】発電部1は、電解質14を挟んで燃料極1
1と酸化剤極13が配置されて構成されるセルがセパレ
ータ15を介して多数積層されており、一定数のセル毎
に冷却板12が設けられるとともに、各極11,13に
は電気出力部16が設けられている。冷却板12に対し
ては、水の補給ライン51から供給された水が水蒸気発
生装置5と冷却水ライン52を通して冷却水として供給
され、冷却板12を通過した後、一部の冷却水は水蒸気
発生装置5で水蒸気となる。その際、発電部1で集めら
れた熱は水蒸気発生に必要な熱として利用される。改質
器2へは、原料ガス供給ライン21を通して原料ガスが
供給され、この原料ガスに水蒸気発生装置5からの水蒸
気が水蒸気供給ライン53を通して混入される。これら
により、改質器2で原料ガス中のメタンガス等が水素ガ
スを主成分とするガスに改質され、このガスが燃料供給
ライン22を通して各セルの燃料極11に均等に送られ
る。各セルの燃料極11からの排出ガスは、燃料ガス排
出ライン31を通してバーナ3に燃料として供給され、
ブロワー4からの空気で排ガス中の未反応の水素が燃焼
される。ブロワー4は反応用空気の送風も兼ねており、
発電部1の各セルの酸化剤極13への空気は空気供給ラ
イン41を通して供給され、反応後の空気は空気排出ラ
イン42を通して排出される。
[0004] The power generation unit 1 includes a fuel electrode 1 with an electrolyte 14 interposed therebetween.
1 and an oxidant electrode 13 are arranged in a large number, and a cooling plate 12 is provided for each of a fixed number of cells. 16 are provided. Water supplied from the water supply line 51 is supplied to the cooling plate 12 as cooling water through the steam generator 5 and the cooling water line 52, and after passing through the cooling plate 12, some of the cooling water is The steam is generated by the generator 5. At this time, the heat collected by the power generation unit 1 is used as heat necessary for generating steam. A raw material gas is supplied to the reformer 2 through a raw gas supply line 21, and steam from a steam generator 5 is mixed into the raw material gas through a steam supply line 53. As a result, methane gas or the like in the raw material gas is reformed in the reformer 2 into a gas containing hydrogen gas as a main component, and this gas is uniformly sent to the fuel electrode 11 of each cell through the fuel supply line 22. The exhaust gas from the fuel electrode 11 of each cell is supplied as fuel to the burner 3 through a fuel gas exhaust line 31.
Unreacted hydrogen in the exhaust gas is burned by the air from the blower 4. The blower 4 also serves to blow air for reaction,
Air to the oxidizer electrode 13 of each cell of the power generation unit 1 is supplied through an air supply line 41, and air after the reaction is discharged through an air discharge line 42.

【0005】従来例のリン酸型燃料電池においては、一
般に燃料としては都市ガス等の原料を改質した水素を使
用し、酸化剤に酸素を用いているが、酸素源としては最
も身近な空気が使用されている。また、発電部1の温度
は約190℃前後に保たれ、この様な温度条件下におけ
る水素と酸素の反応によって、電気エネルギーを得てい
る。この時の、供給した燃料のエネルギーから電気エネ
ルギーへの変換効率、すなわち発電効率は、発電出力に
も依存するが、最大で約40%にも達する。
In a conventional phosphoric acid type fuel cell, generally, hydrogen obtained by reforming a raw material such as city gas is used as a fuel and oxygen is used as an oxidizing agent, but the most familiar air source is oxygen. Is used. The temperature of the power generation unit 1 is maintained at about 190 ° C., and electric energy is obtained by the reaction between hydrogen and oxygen under such temperature conditions. At this time, the conversion efficiency of the supplied fuel energy to electric energy, that is, the power generation efficiency depends on the power generation output, but reaches a maximum of about 40%.

【0006】燃料電池の発電出力(負荷率)と発電効率
の関係は図5に示す通りであり、一般的に負荷率が50
%以下になると効率は低下してしまう。燃料電池の発電
効率は、このような特性を有していることから、極力高
い負荷率で運転できるオンサイト発電等の用途に向いて
いると言える。しかし、近年、自ビル内に発電源を設置
し、この発電の電力のみならず熱も利用するコージェネ
レーションシステムの普及に伴い、発電効率が高いこと
と排ガスがクリーンであるという特徴を持つ燃料電池が
注目されている。
The relationship between the power output (load factor) of a fuel cell and the power generation efficiency is as shown in FIG.
%, The efficiency is reduced. Since the power generation efficiency of the fuel cell has such characteristics, it can be said that the fuel cell is suitable for applications such as on-site power generation that can be operated at the highest possible load factor. However, in recent years, with the spread of cogeneration systems that use not only the power of this power generation but also heat, a fuel cell with high power generation efficiency and clean exhaust gas has been installed in recent years. Is attracting attention.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記コ
ージェネレーションシステムでは、適用しようとしてい
る用途において1日の負荷の変動が大きく、一例とし
て、図6に示すような負荷変動がある。このような用途
に燃料電池を適用し、その電力の全て、あるいはほとん
どを燃料電池からまかなう場合、負荷の最大電力をまか
なえる出力をもった機種を設置することになる。この場
合、燃料電池の発電電力は負荷変動に追随して変化する
ことになる。ところで、先に示したように燃料電池の発
電効率は発電出力と深く係わっており、このような負荷
変動を持つ用途で運転を行うと、負荷の要求電力が少な
い時間帯においては燃料電池の効率が極めて悪い。即
ち、このような状態では発電電力に対する燃料の消費量
が多く、経済性が劣るという問題がある。このような問
題は、昼間と夜間の負荷の差が大きい程顕著になり、コ
ージェネレーションシステムに燃料電池を適用した場
合、総合的な経済性の観点から見ると重大な障害とな
る。
However, in the above-mentioned cogeneration system, the fluctuation of the daily load is large in the application to which the cogeneration system is to be applied. For example, there is a load fluctuation as shown in FIG. When a fuel cell is applied to such an application and all or most of the power is supplied from the fuel cell, a model having an output capable of supplying the maximum power of the load is installed. In this case, the power generated by the fuel cell changes following the load fluctuation. By the way, as described above, the power generation efficiency of a fuel cell is deeply related to the power generation output, and when the fuel cell is operated in an application having such a load fluctuation, the efficiency of the fuel cell during a time period when the required power of the load is small. Is extremely bad. That is, in such a state, there is a problem that the fuel consumption for the generated electric power is large, and the economic efficiency is deteriorated. Such a problem becomes more remarkable as the difference between the daytime load and the nighttime load becomes larger. When a fuel cell is applied to a cogeneration system, it becomes a serious obstacle from the viewpoint of overall economic efficiency.

【0008】本発明は、上記した燃料電池の問題点を改
善するためになされたものであり、その目的は、負荷の
要求電力に応じて負荷が必要とする電力が減少した場合
には、これに応じて燃料ガス,酸化剤ガスの供給量を減
少させるとともに、常に発電効率の高い条件で運転を行
うことができる燃料電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the fuel cell, and has as its object to reduce the power required by the load in accordance with the required power of the load. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of reducing the supply amount of a fuel gas and an oxidizing gas in accordance with the conditions, and constantly operating under conditions of high power generation efficiency.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池においては、燃料ガスが供給され
る燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とを有する
発電部により発電を行う燃料電池において、前記発電部
を複数の発電部分に分割し、前記燃料ガスの流路を前記
発電部分に対応して分割しそれぞれバルブを通して該発
電部分に接続し、前記酸化剤ガスの流路を前記発電部分
に対応して設けるとともにそれぞれの流路に酸化剤供給
用の配送手段を設け、前記発電部に要求される発電出力
を検出しその発電出力に応じて前記バルブと前記配送手
段の動作を制御し前記発電部分の運転する数を制御する
コントロール部を具備し、前記発電部のうち常時運転す
る発電部分から他の発電部分に直列に冷却水を通じる
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, in a fuel cell according to the present invention, a power generation unit having a fuel electrode to which fuel gas is supplied and an oxidant electrode to which oxidant gas is supplied is provided. In a fuel cell that performs power generation, the power generation unit is divided into a plurality of power generation parts, the flow path of the fuel gas is divided corresponding to the power generation part, and each is connected to the power generation part through a valve. A flow path is provided corresponding to the power generation part, and a distribution means for supplying an oxidant is provided in each flow path, a power generation output required for the power generation unit is detected, and the valve and the delivery are provided in accordance with the power generation output. A control unit for controlling the operation of the means and controlling the number of operation of the power generation unit, wherein the power generation unit is operated at all times.
The cooling water is passed in series from one power generation part to another power generation part .

【0010】[0010]

【作用】本発明の燃料電池では、発電部を複数の発電部
分に分割し、発電部に供給する燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの流路もそれに対応して分割して、分割した各流路に
バルブもしくは配送手段を設けて、コントロール部によ
り発電部に要求される発電電力に応じて燃料ガスおよび
酸化剤ガスの供給を制御し、運転する発電部の数を制御
する。これにより、燃料ガスと酸化剤ガスの供給量を負
荷の要求電力に応じて制御し、運転している発電部分の
負荷率を高く維持して発電効率を高める。そして、発電
中の発電部分からの冷却水を停止中の発電部分に通じて
おくことにより、停止中の発電部分を運転に必要な温度
に維持し、負荷の増加に伴う発電の再開を短い時間で行
えるようにする。
In the fuel cell according to the present invention, the power generation section is divided into a plurality of power generation sections, the flow paths of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the power generation section are also divided correspondingly, and the divided flow paths are formed. A valve or a delivery means is provided to control the supply of the fuel gas and the oxidizing gas in accordance with the power generated by the control unit and to control the number of power generation units to be operated. As a result, the supply amounts of the fuel gas and the oxidizing gas are controlled in accordance with the required power of the load, and the load ratio of the operating power generation part is maintained at a high level to increase the power generation efficiency. And power generation
Cooling water from the inside power generation part to the stopped power generation part
The temperature required for operation of the stopped power generation part.
And restart power generation in response to increased load in a short time.
To get

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明の一実施例の構成を示す燃料
電池の全体の系統図である。本実施例では、発電部が3
つ(1,1−1,1−2)に分割されており、本実施例
は、これらの発電部1,1−1,1−2に供給する、水
素を主成分とする燃料ガスを原料ガスから作製する改質
器2と、この改質器2を高温で作動させるためのバーナ
3と、このバーナ3と発電部1に空気を送り込むブロワ
ー4と、上記燃料ガスを作製する際に原料ガスへ混入す
る水蒸気を供給する水蒸気発生装置5と、分割された3
つの発電部1,1−1,1−2に反応用空気を供給する
配送手段としてのブロワー7,8,9と、燃料電池の発
電出力を検出して発電電流に応じて前記ブロワー7,
8,9の運転と分割された発電部1,1−1,1−2へ
の燃料供給ライン22−1,22−2,22−3に設け
られたバルブ10,10−1,10−2の開度制御とを
行うコントロール部6を有して成る。図中の各ライン上
に示した矢印は物質の流れの向きを示している。
FIG. 1 is an overall system diagram of a fuel cell showing an embodiment of the present invention. In this embodiment, the power generation unit is 3
In this embodiment, a fuel gas containing hydrogen as a main component supplied to the power generation units 1, 1-1, 1-2 is used as a raw material. A reformer 2 produced from gas; a burner 3 for operating the reformer 2 at a high temperature; a blower 4 for feeding air to the burner 3 and the power generation unit 1; A steam generator 5 for supplying steam to be mixed into the gas;
Blowers 7, 8, 9 as delivery means for supplying reaction air to the two power generation units 1, 1-1, 1-2, and detecting the power output of the fuel cell and detecting the power of the blower 7,
Valves 10, 10-1, 10-2 provided in the fuel supply lines 22-1, 22-2, 22-3 to the power generation units 1, 1-1, 1-2 divided with the operation of 8, 9 And a control unit 6 for controlling the opening degree. The arrows shown on each line in the figure indicate the direction of the flow of the substance.

【0013】各発電部の基本的な構成は従来例と同様で
ある。即ち、発電部1(1−1,1−2)は、電解質1
4(14−1,14−2)を挟んで燃料極11(11−
1,11−2)と酸化剤極13(13−1,13−2)
が配置されて構成されるセルがセパレータ15(15−
1,15−2)を介して多数積層され、一定数のセル毎
に冷却板12(12−1,12−2)が設けられ、各極
11(11−1,11−2),13(13−1,13−
2)の群には電気出力部16(16−1,16−2)が
設けられている。このように、発電部1−1,1−2も
発電部1と同様の構造であり、発電部1,1−1,1−
2とも同一の出力電圧を持つように構成するが、発電部
1−1,1−2については発電出力に応じて極板の有効
面積を発電部1に比べて小さいものとして構成する。冷
却板1212−1,12−2に対しては、水の補給ライ
ン51から供給された水が水蒸気発生装置5と冷却水ラ
イン52を通し冷却水として供給され、冷却板12,1
2−1,12−2を直列に通過した後、一部の冷却水は
水蒸気発生装置5で水蒸気となる。その際、発電部で集
められた熱の一部は水蒸気発生に必要な熱として利用さ
れる。
The basic configuration of each power generation unit is the same as that of the conventional example. That is, the power generation unit 1 (1-1, 1-2) is provided with the electrolyte 1
4 (14-1, 14-2) with the fuel electrode 11 (11-
1, 11-2) and the oxidizer electrode 13 (13-1, 13-2)
Are arranged in the separator 15 (15-
1, 15-2), a cooling plate 12 (12-1, 12-2) is provided for each fixed number of cells, and the poles 11 (11-1, 11-2), 13 ( 13-1, 13-
The group 2) is provided with electric output units 16 (16-1, 16-2). As described above, the power generation units 1-1 and 1-2 have the same structure as the power generation unit 1, and the power generation units 1, 1-1 and 1--1
Although both are configured to have the same output voltage, the power generation units 1-1 and 1-2 are configured such that the effective area of the electrode plate is smaller than that of the power generation unit 1 according to the power generation output. Water supplied from the water supply line 51 is supplied to the cooling plates 1212-1 and 12-2 as cooling water through the steam generator 5 and the cooling water line 52, and is supplied to the cooling plates 12-1 and 12-2.
After passing through 2-1 and 12-2 in series, some of the cooling water is turned into steam in the steam generator 5. At that time, part of the heat collected by the power generation unit is used as heat required for generating steam.

【0014】改質器2へは、原料ガス供給ライン21を
通して原料ガスが供給され、この原料ガスに水蒸気発生
装置5からの水蒸気が水蒸気供給ライン53を通して混
入される。これらにより、改質器2で原料ガス中のメタ
ンガス等が水素ガスを主成分とするガスに改質され、こ
のガスが燃料供給ライン22を経由して各発電部の燃料
極11,11−1,11−2に送られる。このため、燃
料供給ライン22を3つ(22−1,22−2,22−
3)に分岐し、それぞれにバルブ10,10−1,10
−2を設けて、燃料極11,11−1,11−2に接続
する。各燃料極11,11−1,11−12からの排出
ガスは、燃焼ガス排出ライン31を通してバーナ3に燃
料として供給され、ブロワー4からの空気で排ガス中の
未反応の水素が燃焼される。このため、各燃料極11,
11−1,11−2からの燃料ガス排出ライン31を合
体してバーナ3に接続する。一方、発電部1,1−1,
1−2については、各々ブロワー7,8,9から反応用
空気供給ライン71,81,91を通して反応用空気を
送り、それぞれの発電部1,1−1,1−2からの反応
後の空気を反応後空気排出ライン42を通して排出す
る。
A raw material gas is supplied to the reformer 2 through a raw material gas supply line 21, and steam from a steam generator 5 is mixed into the raw material gas through a steam supply line 53. As a result, methane gas or the like in the raw material gas is reformed in the reformer 2 into a gas containing hydrogen gas as a main component, and this gas is supplied via the fuel supply line 22 to the fuel electrodes 11, 11-1 of each power generation unit. , 11-2. Therefore, three fuel supply lines 22 (22-1, 22-2, 22-
Branch to 3), and valves 10, 10-1, 10
-2 are provided and connected to the fuel electrodes 11, 11-1 and 11-2. Exhaust gas from each of the fuel electrodes 11, 11-1, and 11-12 is supplied as fuel to the burner 3 through a combustion gas discharge line 31, and unreacted hydrogen in the exhaust gas is burned by air from the blower 4. Therefore, each fuel electrode 11,
The fuel gas discharge lines 31 from 11-1 and 11-2 are combined and connected to the burner 3. On the other hand, the power generation units 1,1-1,
Regarding 1-2, the reaction air is sent from the blowers 7, 8, 9 through the reaction air supply lines 71, 81, 91, and the reacted air from the respective power generation units 1, 1-1, 1-2. Is discharged through the air discharge line 42 after the reaction.

【0015】以上に述べたブロワー7,8,9はコント
ロール用信号線6−1でコントロール部6と結ばれ、バ
ルブ10,10−1,10−2はコントロール用信号線
6−2でコントロール部6と結ばれて、コントロール部
6からの制御を受け、動作あるいは開度が調整される。
コントロール部6は、燃料電池の発電出力を検出して負
荷の要求電力に応じたその動作あるいは開度の調整を行
い、発電部1,1−1,1−2の発電をコントロールし
て、燃料電池全体の発電量を制御する。
The blowers 7, 8, and 9 described above are connected to the control unit 6 by a control signal line 6-1. The valves 10, 10-1 and 10-2 are connected to a control unit by a control signal line 6-2. 6, the operation or opening is adjusted under the control of the control unit 6.
The control unit 6 detects the power generation output of the fuel cell, adjusts its operation or opening according to the required power of the load, controls the power generation of the power generation units 1, 1-1, 1-2, and controls the fuel generation. Controls the amount of power generated by the entire battery.

【0016】以上のように構成した一実施例の具体的な
制御の動作および作用を述べる。
A specific control operation and operation of the embodiment configured as described above will be described.

【0017】図1における実施例において、電気出力部
16,16−1,16−2は並列状態に接続して使用す
るものとし、この実施例においては、発電部1,1−
1,1−2の出力は1例としてそれぞれ100kw,5
0kw,50kwとして説明する。なお、この場合、各
発電部1,1−1,1−2で使用されている極板につい
ては、最大出力時の出力電圧を同一とするため枚数は同
じに設計されるが、大きさについては、発電部1−1,
1−2で使用されているものは発電部1の1/2となっ
ている。この場合、燃料電池の最大出力は200kwで
あるので、負荷が200kwを要求する場合には、全て
の発電部で発電を行う。負荷の必要とする電力が低下し
た場合には、低下量に伴い、発電部1−2,発電部1−
1への燃料と空気の供給を停止し発電を停止させる。逆
に、負荷の電力が増加した場合には、燃料と空気の供給
を開始し、発電部1−2と発電部1−1での発電を開始
する。この時、各電気出力部16,16−1,16−2
は並列接続されているので、出力部の切り換えを行って
も大きな電圧変動は起こすことなく、発電電流の減少お
よび増加によって出力調整を行うことができる。このよ
うな出力調整によって負荷の要求電力に応じて燃料ガス
と酸化剤ガスの供給量が制御されるとともに、各発電部
1,1−1,1−2は高い負荷率が維持され、負荷の要
求電力が低減したときにも、高い発電効率が得られる。
なお、ここで、発電部の冷却水は冷却水ライン52を通
して各発電部1,1−1,1−2に通じているので、発
電部1−1,1−2は停止中であっても運転に必要な温
度に維持され、負荷の増加に伴う発電の再開も短かい時
間で行うことが出来る。
In the embodiment shown in FIG. 1, the electric output units 16, 16-1 and 16-2 are connected and used in a parallel state.
The outputs of 1, 1-2 are 100 kW and 5 respectively as an example.
The description will be made assuming 0 kw and 50 kw. In this case, the number of plates used in each of the power generation units 1, 1-1, and 1-2 is designed to be the same in order to make the output voltage at the maximum output the same, Is a power generation unit 1-1,
What is used in 1-2 is の of the power generation unit 1. In this case, since the maximum output of the fuel cell is 200 kW, when the load requires 200 kW, power is generated by all the power generation units. When the power required by the load decreases, the power generation unit 1-2 and the power generation unit 1-
The supply of fuel and air to 1 is stopped to stop power generation. Conversely, when the electric power of the load increases, the supply of the fuel and the air is started, and the power generation in the power generation unit 1-2 and the power generation unit 1-1 is started. At this time, each of the electrical output units 16, 16-1, 16-2
Are connected in parallel, the output can be adjusted by decreasing and increasing the generated current without causing a large voltage fluctuation even when the output section is switched. By such output adjustment, the supply amounts of the fuel gas and the oxidizing gas are controlled in accordance with the required power of the load, and the power generation units 1, 1-1, and 1-2 maintain a high load ratio, and the load of the load is maintained. Even when the required power is reduced, high power generation efficiency can be obtained.
Here, since the cooling water of the power generation unit communicates with each of the power generation units 1, 1-1, and 1-2 through the cooling water line 52, even if the power generation units 1-1 and 1-2 are stopped. The temperature required for operation is maintained, and power generation can be restarted with a load increase in a short time.

【0018】このような燃料電池の運転による発電出力
と効率の関係を図2に示す。ここでは、上記したように
最大200kwの燃料電池を例にしている。即ち、全発
電部の発電による出力は実線で示され、100kwまで
の発電に対しては発電部1だけの発電による出力(破
線)とほぼ同一の効率が得られる。しかし、これ以下に
なると徐々に効率は低下し、50kw出力時には20%
程度になってしまう。そこで、このような負荷状況にな
ったとき、具体的には負荷率50%の図2のA点になっ
たときには、半分の発電部、即ち発電部1で発電を行
う。このシステムでは、半分の発電部を動作させるとし
ても、燃料電池を運転するための補機(特に改質器に空
気を供給するブロワ)が半分の発電部に対する最適設計
状態ではないこと(つまり、200kw用の大きさの機
器類が使用されており、これは100kw機として見た
場合には過大な装置となり、補機の消費電力低減等を考
慮した最適設計ではないこと。)や、冷却水が休止中の
発電部にも通じている等のため、この時の効率はやや低
下する。しかし、75〜50kwの出力領域では全発電
部を使用した時に比べ高い効率で発電することが出来
る。
FIG. 2 shows the relationship between the power generation output and the efficiency by such fuel cell operation. Here, a fuel cell of a maximum of 200 kW is taken as an example as described above. That is, the output by the power generation of all the power generation units is shown by a solid line, and for power generation up to 100 kW, almost the same efficiency as the output (the broken line) by the power generation of only the power generation unit 1 is obtained. However, the efficiency gradually decreases below this level, and becomes 20% at 50 kW output.
It will be about. Therefore, when such a load situation is reached, specifically, when the load factor reaches the point A in FIG. In this system, even if half of the power generation unit is operated, the auxiliary equipment for operating the fuel cell (particularly, the blower that supplies air to the reformer) is not in the optimal design state for half of the power generation unit (that is, Equipment of a size of 200 kW is used, which is an excessive device when viewed as a 100 kW machine, and is not an optimal design in consideration of reduction in power consumption of auxiliary machines.) The efficiency at this time is slightly reduced because the power is connected to the suspended power generation unit. However, in the output region of 75 to 50 kW, power can be generated with higher efficiency than when all the power generation units are used.

【0019】なお、発電部の分割数は上記した3つに限
定されるものではなく、負荷の変動量を考慮して2つあ
るいは4つ以上の複数にしても良いことは当然である。
このように本発明は、その主旨に沿って種々に応用さ
れ、種々の実施態様を取り得るものである。
The number of divisions of the power generation unit is not limited to the above-mentioned three, but may be two or four or more in consideration of the load variation.
As described above, the present invention can be variously applied according to the gist and can take various embodiments.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池によれば、発電部を複数の発電部分に分割し、
分割された各発電部の各電極に対し燃料と酸化剤を個
別に供給することが可能となるような構造として、燃料
電池から電力の供給を受ける負荷の要求電力が変動した
場合には、燃料と酸化剤の供給を制御して、運転する発
電部の数を増減することにより、常に発電効率の高い
運転条件によって発電することが出来るとともに、発電
中の発電部分からの冷却水を停止中の発電部分に通じて
おくことにより、停止中の発電部分が運転に必要な温度
に維持され、負荷の増加に伴う発電の再開を短い時間で
行うことが出来る。したがって、この様な発明を実施し
ない従来の燃料電池に比べ、使用する燃料の量が削減さ
れ、例えばコージェネレーションシステムに燃料電池を
適用した場合、運転経費が低減され経済的で、かつ負荷
の増加にも応答性の良いシステムを実現することが出来
る。
As is apparent from the above description, according to the fuel cell of the present invention, the power generation section is divided into a plurality of power generation sections,
A structure that makes it possible to split each of the electrodes of each power generation unit content supplied separately oxidant and fuel, when the required power of the load receiving power supply from the fuel cell varies, the by controlling the supply of fuel and oxidizing agent, by increasing or decreasing the number of power generating unit amount of operating, it is possible to generate power by extremely high power generation efficiency operating conditions, the generator
Cooling water from the inside power generation part to the stopped power generation part
The temperature of the power generation part that is stopped
In a short time to restart power generation as load increases
You can do it . Therefore, the amount of fuel used is reduced as compared with a conventional fuel cell that does not implement such an invention. For example, when a fuel cell is applied to a cogeneration system, the operating cost is reduced, the cost is reduced , and the load is reduced.
A system with good responsiveness can be realized even with an increase in the number .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成を示す系統図FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例における発電効率を示す図FIG. 2 is a diagram showing power generation efficiency in the embodiment.

【図3】従来例の燃料電池の構成を示す系統図FIG. 3 is a system diagram showing a configuration of a conventional fuel cell.

【図4】上記従来例の発電部の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a power generation unit of the conventional example.

【図5】上記従来例の燃料電池の発電効率を示す図FIG. 5 is a diagram showing the power generation efficiency of the conventional fuel cell.

【図6】1日の負荷電力の推移例を示す図FIG. 6 is a diagram showing an example of a change in load power per day.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1−1,1−2…発電部、2…改質器、3…バー
ナ、4…ブロワ、5…水蒸気発生装置、6…コントロー
ル部、6−1,6−2…コントロール用信号線、7,
8,9…ブロワー、10,10−1,10−2…バル
ブ、11,11−1,11−2…燃料極、12,12−
1,12−2…冷却板、13,13−1,13−2…酸
化剤極、14,14−1,14−2…電解質、16,1
6−1,16−2…電気出力部、21…原料ガス供給ラ
イン、22,22−1,22−2,22−3…燃料供給
ライン、31…燃料ガス排出ライン、42…反応後空気
排出ライン、51…水の補給ライン、52…冷却水ライ
ン、53…水蒸気供給ライン、71,81,91…反応
用空気供給ライン。
1, 1-1, 1-2: power generation unit, 2: reformer, 3: burner, 4: blower, 5: steam generator, 6: control unit, 6-1, 6-2: control signal line , 7,
8, 9 ... blower, 10, 10-1, 10-2 ... valve, 11, 11-1, 11-2 ... fuel electrode, 12, 12-
1, 12-2: cooling plate, 13, 13-1, 13-2: oxidizer electrode, 14, 14-1, 14-2: electrolyte, 16, 1
6-1, 16-2: electric output section, 21: raw gas supply line, 22, 22-1, 22-2, 22-3: fuel supply line, 31: fuel gas discharge line, 42: air discharge after reaction Line, 51: water supply line, 52: cooling water line, 53: steam supply line, 71, 81, 91: reaction air supply line.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 崇 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−24570(JP,A) 特開 昭62−150664(JP,A) 特開 昭61−206173(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Hasegawa Nippon Telegraph and Telephone Corporation, 1-6-1, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo (56) References JP-A-62-24570 (JP, A) JP-A Sho 62-150664 (JP, A) JP-A-61-206173 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガ
スが供給される酸化剤極とを有する発電部により発電を
行う燃料電池において 記発電部を複数の発電部分に分割し 記燃料ガスの流路を前記発電部分に対応して分割しそ
れぞれバルブを通して該発電部分に接続し 記酸化剤ガスの流路を前記発電部分に対応して設ける
とともにそれぞれの流路に酸化剤供給用の配送手段を設
記発電部に要求される発電出力を検出しその発電出力
に応じて前記バルブと前記配送手段の動作を制御し前記
発電部分の運転する数を制御するコントロール部を具備
し、 前記発電部のうち常時運転する発電部分から他の発電部
分に直列に冷却水を通じる ことを特徴とする燃料電池。
1. A fuel cell for generating electric power by the power generation unit fuel electrode and the oxidizer gas which fuel gas is supplied and an oxidant electrode supplied, by dividing the pre-Symbol generation unit to the plurality of power generation portion, connect the flow path of the previous SL fuel gas to the power generation portion through respectively divided corresponding valve to the power generation portion, the respective flow channel with the flow path of the previous SL oxidant gas provided in correspondence with the power generation portion delivery means for oxidizing agent supply is provided, controlling the number of operation of the power generation portion controls the operation of the delivery means and the valve according to the detected that the power generation output power output required before Symbol generation section Equipped with control unit
The power generation unit which is constantly operated among the power generation units is replaced with another power generation unit.
A fuel cell characterized by passing cooling water in series every minute .
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