JPH0417269A - 燃料電池発電システム - Google Patents
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- JPH0417269A JPH0417269A JP2120603A JP12060390A JPH0417269A JP H0417269 A JPH0417269 A JP H0417269A JP 2120603 A JP2120603 A JP 2120603A JP 12060390 A JP12060390 A JP 12060390A JP H0417269 A JPH0417269 A JP H0417269A
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、個別に反応ガスの供給を受けて発電する定格
出力が同一な複数基の燃料電池スタックを電気的に並列
ないし直並列に接続して負荷に電力を供給する大容量の
燃料電池発電システムに関する。
出力が同一な複数基の燃料電池スタックを電気的に並列
ないし直並列に接続して負荷に電力を供給する大容量の
燃料電池発電システムに関する。
Ｃ従来の技術〕
周知のように燃料電池は単位セルを多数積層して構成し
た燃料電池スタックに対してその燃料極側に水素ガス、
酸化剤極側に空気を供給し、化学的な電池反応により燃
料のエネルギーを電気エネルギーに変換して発電するも
のである。
た燃料電池スタックに対してその燃料極側に水素ガス、
酸化剤極側に空気を供給し、化学的な電池反応により燃
料のエネルギーを電気エネルギーに変換して発電するも
のである。
かかる燃料電池スタックは、製造技術面、および工場で
製作して現地に輸送する際の寸法的な輸送限界などの面
から、単位セルのサイズ、積層数、したがってスタック
１基当たりの容量が制約を受ける。
製作して現地に輸送する際の寸法的な輸送限界などの面
から、単位セルのサイズ、積層数、したがってスタック
１基当たりの容量が制約を受ける。
ところで、最近では燃料電池発電プラントに対し、その
出力容量増大を図ることが大きなテーマとなっている。
出力容量増大を図ることが大きなテーマとなっている。
しかして前記のように燃料電池スタフクの１基当たりの
出力容量には限界があり、特に大容量出力の燃料電池発
電プラントに対応させるには、同一仕様の複数基の燃料
電池スタックを組合わせ、各燃料電池スタックを電気的
に並列ないし直並列に接続することで大きな電気出力を
得るようにする必要がある。
出力容量には限界があり、特に大容量出力の燃料電池発
電プラントに対応させるには、同一仕様の複数基の燃料
電池スタックを組合わせ、各燃料電池スタックを電気的
に並列ないし直並列に接続することで大きな電気出力を
得るようにする必要がある。
一方、前記のように複数基の燃料電池スタックを並列接
続して運転する場合には、燃料電池スタックへの反応ガ
ス供給系について、天然ガスなどを原燃料とする燃料改
質器、空気ブロアと燃料電池スタックとの間に配管した
燃料、空気供給ラインを途中で分岐して各分岐ラインを
各燃料電池スタックに接続するとともに、電気負荷、お
よび発電システムとして最良の発電効率が得られるよう
に設定したガス利用率の基準値（例えば水素利用率；７
５％、酸素利用率：５０％）を基に、各燃料電池スタッ
クに供給する反応ガス量をトータル的に一括して流量制
御し、各分岐ラインを通して各燃料電池スタックへ分配
供給して運転を行うようにしている。
続して運転する場合には、燃料電池スタックへの反応ガ
ス供給系について、天然ガスなどを原燃料とする燃料改
質器、空気ブロアと燃料電池スタックとの間に配管した
燃料、空気供給ラインを途中で分岐して各分岐ラインを
各燃料電池スタックに接続するとともに、電気負荷、お
よび発電システムとして最良の発電効率が得られるよう
に設定したガス利用率の基準値（例えば水素利用率；７
５％、酸素利用率：５０％）を基に、各燃料電池スタッ
クに供給する反応ガス量をトータル的に一括して流量制
御し、各分岐ラインを通して各燃料電池スタックへ分配
供給して運転を行うようにしている。
〔発明が解決しようとする課題］
ところで、燃料、を池スタックは、スタフクの単位セル
を構成している電橋などの品質のバラッ牛各単位セル毎
の電解質含浸量、運転状態などの条件により、同し仕様
の下で設計、製作された燃料を池スタンクであっても、
各燃料電池スタフクの個々の電池出力特性（１−Ｖ特性
）が第３図のように若干相違する。なお、第３図は２基
の燃料電池スタフクＡ、Ｈに対する各々のＩ−Ｖ特性を
示したものである。
を構成している電橋などの品質のバラッ牛各単位セル毎
の電解質含浸量、運転状態などの条件により、同し仕様
の下で設計、製作された燃料を池スタンクであっても、
各燃料電池スタフクの個々の電池出力特性（１−Ｖ特性
）が第３図のように若干相違する。なお、第３図は２基
の燃料電池スタフクＡ、Ｈに対する各々のＩ−Ｖ特性を
示したものである。
このように電池出力特性が相違する２基の燃料電池スタ
ックＡ、Ｂを電気的に並列接続し、電気負荷と基準のガ
ス利用率とから求めた発電システム全体での必要な反応
ガス量を各燃料電池スタックＡ、Ｂに分配供給して運転
すると、第３図で明らかなように出力電圧ｖ０に対して
燃料電池スタックＡ、Ｂが分担する電流Ｉａ、１ｍ
（システム全体での電流はＩ、〒ｉｓ）の間には各電池
特性に相応して差が生しる。つまり電気負荷は各燃料電
池スタックＡ、Ｂに均等に２ずつ分担されず、電池特性
の低い燃料電池スタックＡの負荷分担比率は小さ−く、
電池特性の高い燃料電池スタ・ンクＢでは逆に負荷分担
比率が大きくなる。
ックＡ、Ｂを電気的に並列接続し、電気負荷と基準のガ
ス利用率とから求めた発電システム全体での必要な反応
ガス量を各燃料電池スタックＡ、Ｂに分配供給して運転
すると、第３図で明らかなように出力電圧ｖ０に対して
燃料電池スタックＡ、Ｂが分担する電流Ｉａ、１ｍ
（システム全体での電流はＩ、〒ｉｓ）の間には各電池
特性に相応して差が生しる。つまり電気負荷は各燃料電
池スタックＡ、Ｂに均等に２ずつ分担されず、電池特性
の低い燃料電池スタックＡの負荷分担比率は小さ−く、
電池特性の高い燃料電池スタ・ンクＢでは逆に負荷分担
比率が大きくなる。
しかも、燃料電池で消費する水素、酸素量は、ファラデ
一定数によりｔ流値に比例することから、前記のように
燃料電池スタックＡ、Ｂの負荷分担比率が異なると、負
荷分担比率が小で電流の少ない燃料電池スタックＡでは
、所定のガス利用率通り番こ反応ガスの水素、酸素が消
費されずに系外に排出されて巳まう。これに対して、負
荷分担比率が大で電流の大きな燃料電池スタ、りＢで；
よ、分担電流に対して反応ガス量が不足し、このために
ガス利用率は逆に基準値よりも高まるとともシュ、反応
ガス供給量の不足からいわゆるガス欠運転の状態が発生
する。しかも、燃料電池がガス欠状態になると、各単位
セルではガス入口側にのみ電池反応が集中し、この結果
として単位セルに局部的な過熱が生して出力特性の低下
、セルの損傷を来たしてセルの寿命を縮め、最悪の場合
に運転不能の状態に至る。
一定数によりｔ流値に比例することから、前記のように
燃料電池スタックＡ、Ｂの負荷分担比率が異なると、負
荷分担比率が小で電流の少ない燃料電池スタックＡでは
、所定のガス利用率通り番こ反応ガスの水素、酸素が消
費されずに系外に排出されて巳まう。これに対して、負
荷分担比率が大で電流の大きな燃料電池スタ、りＢで；
よ、分担電流に対して反応ガス量が不足し、このために
ガス利用率は逆に基準値よりも高まるとともシュ、反応
ガス供給量の不足からいわゆるガス欠運転の状態が発生
する。しかも、燃料電池がガス欠状態になると、各単位
セルではガス入口側にのみ電池反応が集中し、この結果
として単位セルに局部的な過熱が生して出力特性の低下
、セルの損傷を来たしてセルの寿命を縮め、最悪の場合
に運転不能の状態に至る。
また、燃料電池の一般特性として、高負荷で継続運転す
ると電解質の飛散量が増大するなどして燃料電池の特性
劣化速度が早まることが知られている。したがって、発
電システム全体での燃料電池の長寿命化を図るには、可
能な限り並列接続された各燃料電池スタックの負荷分担
比率を均等化させて運転することが必要である。
ると電解質の飛散量が増大するなどして燃料電池の特性
劣化速度が早まることが知られている。したがって、発
電システム全体での燃料電池の長寿命化を図るには、可
能な限り並列接続された各燃料電池スタックの負荷分担
比率を均等化させて運転することが必要である。
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、複数
基の燃料電池スタ・ツクを並列接続して運転する際の反
応ガス供給制御方式を改良することにより、ガス欠状態
の発生を回避し、併せて各燃料電池スタックの負荷分担
比率を平均化して燃料電池発電システム全体での発電効
率の向上化を図るようにした燃料電池発電システム、特
にその反応ガス供給制御方式を提供することを目的とす
る。
基の燃料電池スタ・ツクを並列接続して運転する際の反
応ガス供給制御方式を改良することにより、ガス欠状態
の発生を回避し、併せて各燃料電池スタックの負荷分担
比率を平均化して燃料電池発電システム全体での発電効
率の向上化を図るようにした燃料電池発電システム、特
にその反応ガス供給制御方式を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段］
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池発電シス
テムでは、反応ガスの供給を次記のように制御するもの
とする。
テムでは、反応ガスの供給を次記のように制御するもの
とする。
（１）電気出力回路側で各燃料電池スタックが分担する
電気１Ｌ萄を検出する負荷検出手段と、各燃料電池スタ
ック毎にその反応ガス供給ラインの入口側に接続した流
量制御弁と、負荷検出値とあらかじめ設定した基準のガ
ス利用率を基に前記流量制御弁の弁開度を制御する流量
制御手段とを備え、各燃料電池スタックごとに、基準の
ガス利用率を維持するよう負荷分担比率に相応して反応
ガス供給量を個別制御する。
電気１Ｌ萄を検出する負荷検出手段と、各燃料電池スタ
ック毎にその反応ガス供給ラインの入口側に接続した流
量制御弁と、負荷検出値とあらかじめ設定した基準のガ
ス利用率を基に前記流量制御弁の弁開度を制御する流量
制御手段とを備え、各燃料電池スタックごとに、基準の
ガス利用率を維持するよう負荷分担比率に相応して反応
ガス供給量を個別制御する。
（２）上記と同しく電気出力回路側で各燃料電池スタッ
クが分担する電気負荷を検出する負荷検出手段と、各燃
料電池スタック毎にその反応ガス供給ラインの入口側に
接続した流量制御弁と、負荷検出値とあらかじめ設定し
た基準のガス利用率を基に前記流量制御弁の弁開度を制
御する流量制御手段とを備えるとともに、負荷分担比率
が大きい燃料電池スタックに対しては基準のガス利用率
を維持するように反応ガス供給量を制御し、負荷分担比
率が小さい燃料電池スタックに対してはガス利用率を基
準値より低い値に変更して反応ガス供給量を増量制御す
る。
クが分担する電気負荷を検出する負荷検出手段と、各燃
料電池スタック毎にその反応ガス供給ラインの入口側に
接続した流量制御弁と、負荷検出値とあらかじめ設定し
た基準のガス利用率を基に前記流量制御弁の弁開度を制
御する流量制御手段とを備えるとともに、負荷分担比率
が大きい燃料電池スタックに対しては基準のガス利用率
を維持するように反応ガス供給量を制御し、負荷分担比
率が小さい燃料電池スタックに対してはガス利用率を基
準値より低い値に変更して反応ガス供給量を増量制御す
る。
（３）また、前記（１）、 （２）に記した反応ガス供
給制御手段は、各燃料電池スタンク毎に、反応ガス供給
ラインのスタック出口から出た反応ガスの一部を再びス
タック入口に還流する反応ガス循環ラインを備えた燃料
電池発電システムに適用できる。
給制御手段は、各燃料電池スタンク毎に、反応ガス供給
ラインのスタック出口から出た反応ガスの一部を再びス
タック入口に還流する反応ガス循環ラインを備えた燃料
電池発電システムに適用できる。
前項（１）によれば、並列運転される複数基の燃料電池
スタックに対し、各燃料電池スタフクの電池出力特性差
が原因で各燃料−電池スタックの負荷分担比率、つまり
各燃料電池スタックに流れる負荷電流が異なる場合でも
、各基の燃料電池スタフクが基準のガス利用率を維持す
るように、その負荷分担比率に対応した反応ガス量が供
給される。つまり負荷分担の大きな燃料電池スタックは
反応ガス供給量が増量され、逆に負荷分担の小さな燃料
電池スタ、りは反応ガス供給量が減量される。これによ
り、各基の燃料電池スタックで消費する反応ガスのガス
利用率が常に安定して発電システム全体で高発電効率を
確保できるとともに、特に負荷分担比率の大きな燃料電
池スタックがガス欠運転状態となるのを確実に防止でき
る。
スタックに対し、各燃料電池スタフクの電池出力特性差
が原因で各燃料−電池スタックの負荷分担比率、つまり
各燃料電池スタックに流れる負荷電流が異なる場合でも
、各基の燃料電池スタフクが基準のガス利用率を維持す
るように、その負荷分担比率に対応した反応ガス量が供
給される。つまり負荷分担の大きな燃料電池スタックは
反応ガス供給量が増量され、逆に負荷分担の小さな燃料
電池スタ、りは反応ガス供給量が減量される。これによ
り、各基の燃料電池スタックで消費する反応ガスのガス
利用率が常に安定して発電システム全体で高発電効率を
確保できるとともに、特に負荷分担比率の大きな燃料電
池スタックがガス欠運転状態となるのを確実に防止でき
る。
また、前項（２）では、特に電池出力特性が低く、他の
燃料電池スタックと比べて負荷分担比率が小さくなる燃
料電池スタックに対しては、ガス利用率を基準値よりも
低めるように反応ガス供給量を増量制御するので、電池
特性が改善される。これにより各燃料電池スタフクの負
荷分担が均等化されるようになり、燃料電池発電システ
ム全体での発電効率の向上と併せて、電池特性の早期劣
化を防ぐことができる。
燃料電池スタックと比べて負荷分担比率が小さくなる燃
料電池スタックに対しては、ガス利用率を基準値よりも
低めるように反応ガス供給量を増量制御するので、電池
特性が改善される。これにより各燃料電池スタフクの負
荷分担が均等化されるようになり、燃料電池発電システ
ム全体での発電効率の向上と併せて、電池特性の早期劣
化を防ぐことができる。
さらに、前項（３）のように各基の燃料電池スタックご
とに反応ガス循環ラインを備えた発電ノステムに対して
も、各燃料電池スタックに補給するフレ、ツユな反応ガ
ス供給量を負荷分担比率に応して調整制御することによ
り、循環ラインを流れる反応ガスの組成を常に適正状態
に維持して高い発電効率を発揮するよう運転することが
できる。
とに反応ガス循環ラインを備えた発電ノステムに対して
も、各燃料電池スタックに補給するフレ、ツユな反応ガ
ス供給量を負荷分担比率に応して調整制御することによ
り、循環ラインを流れる反応ガスの組成を常に適正状態
に維持して高い発電効率を発揮するよう運転することが
できる。
以下本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図は２基の燃料電池スタックを電気的に並列接続し
て構成した燃料電池発電システムのフロ−図を示すもの
である０図において、１＾、 ＩＢは燃料電池スタック
、２は燃料電池スタックＩＡとＩＢを並列接続した電気
出力回路、３は燃料電池の直流出力を交流に変換するイ
ンバータ、４．５はそれぞれ図示されてない燃料ガスの
改質器、空気ブロアから送気されて来た燃料ガス、空気
を各燃料電池スタックＩＡ、 １Ｂの燃料種、酸化剤極
に供給する燃料ガス、空気供給ライン、６Ａ、 ６Ｂお
よび７Ａ、 ７Ｂは前記の燃料ガス供給ライン４．空気
供給ライン５の分岐ライン４Ａ、 ４Ｂ、 ５Ａ、 ５
Ｂに介挿接続した燃料電池スタ・）り入口側の流量制御
弁、８Ａ、 ８Ｂは電気出力回路２の並列分岐回路２Ａ
、 ２Ｂで燃料電池スタックＩＡ、 １Ｂの出力電流Ｉ
ｎ、１ｍを計測する電流計としての負荷検出器、９は負
荷検出器８Ａ、 ８Ｂの検出信号、およびガス利用率の
基準値（例えば水素利用率＝７５％、酸素利用率：５０
％）を基に、燃料電池スタックＩＡ、 １Ｂに供給すべ
き適正な燃料ガス、空気供給量を演算し、前記の流量制
御弁６Ａ、 ６Ｂおよび７Ａ、 ７Ｂの調節器（図示せ
ず）に弁開度指令を与える流量制御部である。
て構成した燃料電池発電システムのフロ−図を示すもの
である０図において、１＾、 ＩＢは燃料電池スタック
、２は燃料電池スタックＩＡとＩＢを並列接続した電気
出力回路、３は燃料電池の直流出力を交流に変換するイ
ンバータ、４．５はそれぞれ図示されてない燃料ガスの
改質器、空気ブロアから送気されて来た燃料ガス、空気
を各燃料電池スタックＩＡ、 １Ｂの燃料種、酸化剤極
に供給する燃料ガス、空気供給ライン、６Ａ、 ６Ｂお
よび７Ａ、 ７Ｂは前記の燃料ガス供給ライン４．空気
供給ライン５の分岐ライン４Ａ、 ４Ｂ、 ５Ａ、 ５
Ｂに介挿接続した燃料電池スタ・）り入口側の流量制御
弁、８Ａ、 ８Ｂは電気出力回路２の並列分岐回路２Ａ
、 ２Ｂで燃料電池スタックＩＡ、 １Ｂの出力電流Ｉ
ｎ、１ｍを計測する電流計としての負荷検出器、９は負
荷検出器８Ａ、 ８Ｂの検出信号、およびガス利用率の
基準値（例えば水素利用率＝７５％、酸素利用率：５０
％）を基に、燃料電池スタックＩＡ、 １Ｂに供給すべ
き適正な燃料ガス、空気供給量を演算し、前記の流量制
御弁６Ａ、 ６Ｂおよび７Ａ、 ７Ｂの調節器（図示せ
ず）に弁開度指令を与える流量制御部である。
次に、本発明の請求項１．２にそれぞれ対応する反応ガ
ス供給量の制御方式を、以下実施例１実施例２に分けて
説明する。
ス供給量の制御方式を、以下実施例１実施例２に分けて
説明する。
実施例１：
第１図のように電気的に並列接続して発電を行っている
燃料電池スタックＩＡ、 ＩＢの運転状態で、燃料電池
スタックＩＡとＩＢとの電池特性差が原因で第３図のよ
うに出力電流■、と１．との間に差が生じた場合には、
負荷分担比率が小、つまり出力電流の小さな燃料電池ス
タックＩＡに対しては、電流ＩＡの検出値と基準のガス
利用率とから必要な反応ガス供給量を演算し、その指令
を流量制御弁６Ａ、 ７Ａに与えて燃料電池スタックＩ
Ａへの反応ガス供給量を減量制御する。これに対して、
負荷分担比率が大１つまり出力電流の大きな燃料電池ス
タックＩＢに対しては、同様な手法で基準のガス利用率
の下で運転を行うように、燃料電池スタ・ンクＩＢへの
反応ガス供給量を増量制御する。
燃料電池スタックＩＡ、 ＩＢの運転状態で、燃料電池
スタックＩＡとＩＢとの電池特性差が原因で第３図のよ
うに出力電流■、と１．との間に差が生じた場合には、
負荷分担比率が小、つまり出力電流の小さな燃料電池ス
タックＩＡに対しては、電流ＩＡの検出値と基準のガス
利用率とから必要な反応ガス供給量を演算し、その指令
を流量制御弁６Ａ、 ７Ａに与えて燃料電池スタックＩ
Ａへの反応ガス供給量を減量制御する。これに対して、
負荷分担比率が大１つまり出力電流の大きな燃料電池ス
タックＩＢに対しては、同様な手法で基準のガス利用率
の下で運転を行うように、燃料電池スタ・ンクＩＢへの
反応ガス供給量を増量制御する。
これにより燃料電池スタックＩＢがガス欠の運転状態に
至ることがなく、かつ燃料電池スタックＩＡ。
至ることがなく、かつ燃料電池スタックＩＡ。
１Ｂは共に適正なガス利用率の下で高い発電効率を発揮
するよう運転される。
するよう運転される。
実施例２：
請求項２に対応する実施例では、負荷分担比率が大、つ
まり出力電流の大きな燃料電池スタックＩＢに対しては
、実施例１の場合と同様に電流■。
まり出力電流の大きな燃料電池スタックＩＢに対しては
、実施例１の場合と同様に電流■。
の検出値と基準のガス利用率とから必要な反応ガス供給
量を演算し、その指令を流量制御弁６Ｂ、 ７Ｂに与え
て燃料電池スタックＩＢへの反応ガス供給量を増量制御
する。これに対して、負荷分担比率が小、つまり出力電
流の小さな燃料電池スタックＩＡでは、水素、酸素のガ
ス利用率を基準値よりも低く目に変更して燃料ガス、空
気の供給流量を増量するように、流量制御弁６Ａ、 ６
Ｂの弁開度を制御する。
量を演算し、その指令を流量制御弁６Ｂ、 ７Ｂに与え
て燃料電池スタックＩＢへの反応ガス供給量を増量制御
する。これに対して、負荷分担比率が小、つまり出力電
流の小さな燃料電池スタックＩＡでは、水素、酸素のガ
ス利用率を基準値よりも低く目に変更して燃料ガス、空
気の供給流量を増量するように、流量制御弁６Ａ、 ６
Ｂの弁開度を制御する。
これにより燃料電池スタックＩＡの電池特性が改善され
、燃料電池スタックＩＡとＩＢの出力電流Ｉ。
、燃料電池スタックＩＡとＩＢの出力電流Ｉ。
と１．との差が僅少となってか負荷分担比率が均等化さ
れて発電システム全体での発電効率の向上化が図れると
ともに、特に負荷分担が多い燃料電池スタックの電流を
低め、電池特性の早期劣化を防止して燃料電池の長寿命
化が図れる。
れて発電システム全体での発電効率の向上化が図れると
ともに、特に負荷分担が多い燃料電池スタックの電流を
低め、電池特性の早期劣化を防止して燃料電池の長寿命
化が図れる。
実施例３：
第２図は前述した実施例１．２の応用実施例を示すもの
であり、第１図の構成に加えて、燃料電池スタックＩＡ
、 ＩＢに対し、その燃料ガス供給ライン４Ａ、 ４Ｂ
、および空気供給ライン５Ａ、 ５Ｂにはスタックの入
口。出口間にブロア１０を含めて燃料ガス循環ラインＩ
ＩＡ、 ＩＩＢ、および空気循環ライン１２４１２Ｂを
設け、燃料電池の運転時にはフレツシユな燃料ガス、空
気を入口側から補給しつつ、一方では燃料電池スタック
ＩＡ、 ＩＢの出口から出るオフガスの一部を入口側に
還流して再度電池反応に関与させるように循環送流して
いる。なお、このように反応ガスの循環方式は既に公知
である。
であり、第１図の構成に加えて、燃料電池スタックＩＡ
、 ＩＢに対し、その燃料ガス供給ライン４Ａ、 ４Ｂ
、および空気供給ライン５Ａ、 ５Ｂにはスタックの入
口。出口間にブロア１０を含めて燃料ガス循環ラインＩ
ＩＡ、 ＩＩＢ、および空気循環ライン１２４１２Ｂを
設け、燃料電池の運転時にはフレツシユな燃料ガス、空
気を入口側から補給しつつ、一方では燃料電池スタック
ＩＡ、 ＩＢの出口から出るオフガスの一部を入口側に
還流して再度電池反応に関与させるように循環送流して
いる。なお、このように反応ガスの循環方式は既に公知
である。
ところで、かかる構成の反応ガス供給系では、反応ガス
が燃料電池スタックを通過する過程でガス中の水素、酸
素成分が消費されることから、負荷状態、つまり燃料電
池スタックＩＡ、 １Ｂの負荷分担比率に相応して循環
反応ガスの組成も変わって来る。そこで、実施例工ない
し実施例２で述べたと同様な手法により、各燃料電池ス
タックＩＡ、 ＩＢの電流検出値を基に流量制御弁６Ａ
、 ６８．７Ａ、 ７Ｂの弁開度を制御して水素、酸素
を多く含むフレッシュ燃料ガス、空気の供給量を調整す
ることにより、循環ガスを常に適正な水素、酸素濃度に
維持して運転することができる。
が燃料電池スタックを通過する過程でガス中の水素、酸
素成分が消費されることから、負荷状態、つまり燃料電
池スタックＩＡ、 １Ｂの負荷分担比率に相応して循環
反応ガスの組成も変わって来る。そこで、実施例工ない
し実施例２で述べたと同様な手法により、各燃料電池ス
タックＩＡ、 ＩＢの電流検出値を基に流量制御弁６Ａ
、 ６８．７Ａ、 ７Ｂの弁開度を制御して水素、酸素
を多く含むフレッシュ燃料ガス、空気の供給量を調整す
ることにより、循環ガスを常に適正な水素、酸素濃度に
維持して運転することができる。
なお、図示実施例の電気回路は２基の燃料電池スタック
を並列接続した組合わせ例を示したが、例えば４基の燃
料電池スタックを採用し、２基ずつ直列に接続したもの
をさらに並列に接続した直並列回路でも同様に実施でき
ることは勿論である。
を並列接続した組合わせ例を示したが、例えば４基の燃
料電池スタックを採用し、２基ずつ直列に接続したもの
をさらに並列に接続した直並列回路でも同様に実施でき
ることは勿論である。
以上述べたように、本発明による燃料電池発電システム
により、次記の効果を奏する。
により、次記の効果を奏する。
（１）電気的に並列接続して運転される複数基の燃料電
池スタックに対し、それぞれが基準のガス利用率を維持
するように負荷分担比率に相応して反応ガス供給量を各
基の燃料電池スタックごとに個別制御するようにしたの
で、特に負荷分担が太きい燃料電池スタックに対するガ
ス欠状態の発生を確実に回避してセルの損傷防止、並び
に長寿命化を図りつつ、燃料電池発電システム全体とし
てガス利用率を適正維持して高い発電効率を発揮するこ
とができる。
池スタックに対し、それぞれが基準のガス利用率を維持
するように負荷分担比率に相応して反応ガス供給量を各
基の燃料電池スタックごとに個別制御するようにしたの
で、特に負荷分担が太きい燃料電池スタックに対するガ
ス欠状態の発生を確実に回避してセルの損傷防止、並び
に長寿命化を図りつつ、燃料電池発電システム全体とし
てガス利用率を適正維持して高い発電効率を発揮するこ
とができる。
（２）また、並列接続して運転される燃料電池スタック
のうち、特に負荷分担が小さい燃料電池スタックに対し
てはガス利用率を基準値よりも低めるように変更して反
応ガス供給量を増量制御することにより、その燃料電池
スタックの出力特性が改善され、電池出力特性差に起因
する各燃料電池スタック間の電流差を僅少にして負荷分
担比率の均等化、並びに燃料電池システム全体としての
発電効率をより一層改善することができる。
のうち、特に負荷分担が小さい燃料電池スタックに対し
てはガス利用率を基準値よりも低めるように変更して反
応ガス供給量を増量制御することにより、その燃料電池
スタックの出力特性が改善され、電池出力特性差に起因
する各燃料電池スタック間の電流差を僅少にして負荷分
担比率の均等化、並びに燃料電池システム全体としての
発電効率をより一層改善することができる。
第１図、第２図はそれぞれ異なる本発明実施例のシステ
ムフロー図、第３図は燃料電池スタックの電流−電圧の
関係を表した電池出力特性図である。図において、 ＩＡ、ＩＢ：燃料電池スタック、２：電気出力回路、４
：燃料ガス供給ライン、５：空気供給ライン、６Ａ、
６８．７Ａ、 ７８：流量制御弁、８Ａ、８Ｂ：負荷検
出器、９：流量制御部、ＩＩＡ、 １１８．１２Ａ、
１２８：反応第１図
ムフロー図、第３図は燃料電池スタックの電流−電圧の
関係を表した電池出力特性図である。図において、 ＩＡ、ＩＢ：燃料電池スタック、２：電気出力回路、４
：燃料ガス供給ライン、５：空気供給ライン、６Ａ、
６８．７Ａ、 ７８：流量制御弁、８Ａ、８Ｂ：負荷検
出器、９：流量制御部、ＩＩＡ、 １１８．１２Ａ、
１２８：反応第１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）個別に反応ガスの供給を受けて発電する定格出力が
同一な複数基の燃料電池スタックを電気的に並列、ない
し直並列に接続して負荷に電力を供給する燃料電池発電
システムにおいて、電気出力回路側で各燃料電池スタッ
クが分担する電気負荷を検出する負荷検出手段と、各燃
料電池スタック毎にその反応ガス供給ラインの入口側に
接続した流量制御弁と、負荷検出値とあらかじめ設定し
た基準のガス利用率を基に前記流量制御弁の弁開度を制
御する流量制御手段とを備え、各燃料電池スタックごと
に、基準のガス利用率を維持するよう負荷分担比率に相
応して反応ガス供給量を個別制御することを特徴とする
燃料電池発電システム。 ２）個別に反応ガスの供給を受けて発電する定格出力が
同一な複数基の燃料電池スタックを電気的に並列、ない
し直並列に接続して負荷に電力を供給する燃料電池発電
システムにおいて、電気出力回路側で各燃料電池スタッ
クが分担する電気負荷を検出する負荷検出手段と、各燃
料電池スタック毎にその反応ガス供給ラインの入口側に
接続した流量制御弁と、負荷検出値とあらかじめ設定し
た基準のガス利用率を基に前記流量制御弁の弁開度を制
御する流量制御手段とを備え、負荷分担比率が大きい燃
料電池スタックに対しては基準のガス利用率を維持する
ように反応ガス供給量を制御し、負荷分担比率が小さい
燃料電池スタックに対してはガス利用率を基準値より低
い値に変更して反応ガス供給量を増量制御することを特
徴とする燃料電池発電システム。 ３）請求項１および２に記載の燃料電池発電システムに
おいて、各基の燃料電池スタックごとに、反応ガス供給
ラインのスタック出口から出た反応ガスの一部を再びス
タック入口に還流する反応ガス循環ラインを備えている
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2120603A JP2745776B2 (ja) | 1990-05-10 | 1990-05-10 | 燃料電池発電システム |
| US07/694,785 US5141824A (en) | 1990-05-10 | 1991-05-02 | Fuel-cell power-generation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2120603A JP2745776B2 (ja) | 1990-05-10 | 1990-05-10 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0417269A true JPH0417269A (ja) | 1992-01-22 |
| JP2745776B2 JP2745776B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=14790343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2120603A Expired - Fee Related JP2745776B2 (ja) | 1990-05-10 | 1990-05-10 | 燃料電池発電システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5141824A (ja) |
| JP (1) | JP2745776B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059359A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池システムの運転制御方法 |
| JP2009519567A (ja) * | 2005-12-13 | 2009-05-14 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5366821A (en) * | 1992-03-13 | 1994-11-22 | Ballard Power Systems Inc. | Constant voltage fuel cell with improved reactant supply and control system |
| US5508359A (en) * | 1993-11-22 | 1996-04-16 | The Dow Chemical Company | Blends of high MW branched polycarbonate with a lower MW polycarbonate |
| US5552224A (en) * | 1993-11-22 | 1996-09-03 | The Dow Chemical Company | Carbonate blend polymer compositions comprising a high molecular weight branched carbonate polymer component and methods for their preparation |
| JP3111787B2 (ja) * | 1994-01-20 | 2000-11-27 | 富士電機株式会社 | 燃料電池発電装置及びその起動方法 |
| US5678647A (en) * | 1994-09-07 | 1997-10-21 | Westinghouse Electric Corporation | Fuel cell powered propulsion system |
| US6387556B1 (en) * | 1997-11-20 | 2002-05-14 | Avista Laboratories, Inc. | Fuel cell power systems and methods of controlling a fuel cell power system |
| US6451467B1 (en) * | 2000-06-30 | 2002-09-17 | Plug Power Inc. | Flow control subsystem for a fuel cell system |
| US6638652B1 (en) * | 1998-10-02 | 2003-10-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell control apparatus |
| US6312846B1 (en) | 1999-11-24 | 2001-11-06 | Integrated Fuel Cell Technologies, Inc. | Fuel cell and power chip technology |
| US6835481B2 (en) | 2000-03-29 | 2004-12-28 | Idatech, Llc | Fuel cell system with load management |
| US6830060B2 (en) * | 2000-06-27 | 2004-12-14 | Siemens Vdo Automotive, Inc. | Air mass flow controller valve |
| CA2329058A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-06-19 | Powerdisc Development Corp. Ltd. | Fuel cell powered electrical motor |
| US7222001B2 (en) * | 2002-05-14 | 2007-05-22 | Plug Power Inc. | System for monitoring and controlling fuel cell-based power generation units |
| US20050249987A1 (en) * | 2004-05-04 | 2005-11-10 | Angstrom Power Incorporated | Fault tolerant fuel cell systems |
| US9142844B2 (en) | 2005-05-18 | 2015-09-22 | Sprint Communications Company L.P. | Power system for a telecommunications network |
| US9819037B2 (en) | 2006-03-02 | 2017-11-14 | Encite Llc | Method and apparatus for cleaning catalyst of a power cell |
| US7964314B2 (en) * | 2007-10-30 | 2011-06-21 | Corning Incorporated | Segmented solid oxide fuel cell stack and methods for operation and use thereof |
| US20090208781A1 (en) * | 2008-02-19 | 2009-08-20 | Skinner George A | Method for operating a fuel cell system |
| CA2763171C (en) | 2009-06-12 | 2013-11-26 | Idatech, Llc | Systems and methods for independently controlling the operation of fuel cell stacks and fuel cell systems incorporating the same |
| DE102017001056A1 (de) * | 2017-02-04 | 2018-08-09 | Diehl Aerospace Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie |
| JP2021103645A (ja) * | 2019-12-25 | 2021-07-15 | 富士電機株式会社 | 燃料電池システム |
| DE102020206162A1 (de) | 2020-05-15 | 2021-11-18 | Cellcentric Gmbh & Co. Kg | Luftversorgungsvorrichtung für Brennstoffzellensysteme und Brennstoffzellensystem |
| JP7190467B2 (ja) * | 2020-09-09 | 2022-12-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59114769A (ja) * | 1982-12-22 | 1984-07-02 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
| JPS6037673A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-27 | Toshiba Corp | 燃料電池プラント |
| JPS6056374A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-01 | Toshiba Corp | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
| JPS6151772A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電装置の流量制御装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3044023C2 (de) * | 1980-11-22 | 1984-11-22 | Eltro GmbH, Gesellschaft für Strahlungstechnik, 6900 Heidelberg | Transversal angeregter Gaslaser-Oszillator oder -Verstärker |
| JPS57204927A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | Battery power generating system |
| US4657829A (en) * | 1982-12-27 | 1987-04-14 | United Technologies Corporation | Fuel cell power supply with oxidant and fuel gas switching |
-
1990
- 1990-05-10 JP JP2120603A patent/JP2745776B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-05-02 US US07/694,785 patent/US5141824A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59114769A (ja) * | 1982-12-22 | 1984-07-02 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
| JPS6037673A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-27 | Toshiba Corp | 燃料電池プラント |
| JPS6056374A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-01 | Toshiba Corp | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
| JPS6151772A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電装置の流量制御装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059359A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池システムの運転制御方法 |
| JP2009519567A (ja) * | 2005-12-13 | 2009-05-14 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5141824A (en) | 1992-08-25 |
| JP2745776B2 (ja) | 1998-04-28 |
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