JPH04280081A

JPH04280081A - 燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPH04280081A
Application number: JP3043160A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kondou; 近藤　愛敬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1992-10-06

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の燃料電池を使
用した燃料電池発電装置に係り、特に、個々の燃料電池
に設ける電力端子引出し用ブッシングの引出し構造に改
良を施した燃料電池発電装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギー
を電気化学プロセスで酸化させることにより、酸化反応
に伴って放出されるエネルギーを直接電気エネルギーに
変換する装置である。

【０００４】この燃料電池を用いた発電プラントは、比
較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達
し、新鋭火力をはるかにしのぐと期待されている。

【０００５】さらに、近年大きな社会問題になっている
公害要因であるＳＯｘ，ＮＯｘの排出が極めて少ない、
発電装置内に燃焼サイクルを含まないので大量の冷却水
を必要としない、振動音が小さいなど、原理的に高いエ
ネルギー変換効率が期待できると共に、騒音・排ガス等
の環境問題が少なく、さらに、負荷変動に対して応答性
が良い等の特長があることから、その開発、実用化の研
究に期待と関心が寄せられている。

【０００６】この様な燃料電池発電プラントのうち小規
模のものは、すでに試作され、実験運転の段階に入って
いる。しかし、大容量の燃料電池発電プラントの実用化
への最大の鍵は、その構造上及び作業性、或いは輸送上
の制約等があるため、燃料電池の単器容量に大幅な増加
は望めないことより、多数台の燃料電池をいかに効率良
く配設し、その据付スペースを縮小化し、燃料ガス及び
電力端子の接続系統をいかに効率化できるかにかかって
いる。

【０００７】さて、この様な燃料電池の原理を示す断面
模型図を図７に示した。即ち、一組の多孔質電極１の間
に、リン酸等の電解液を含浸させた電解質層２を介在さ
せて単電池を形成し、この単電池の両端面に水素ガスＨ
と空気Ａを連続して供給する。この様にすると、反応生
成物及び反応残余物Ｌが外部に連続して除去されるので
発電が長期にわたり継続される。

【０００８】また、この様な燃料電池の基本的な構成は
、図８に示す通りである。即ち、電解質マトリックス層
３の両側に正極４及び負極５が配設されて四角系の板状
をなす単電池が構成され、この単電池を発電装置として
使用するために、多数の単電池が直列に結合されて積層
されているが、これら単電池の間には、ガスを供給する
ための溝を設けたインタコネクタ６が配設され、前記単
電池と交互に積重ねられている。この溝付インタコネク
タ６には、対向する二側縁に開口する複数の溝が設けら
れており、一側面の溝を流路とする水素ガス流路７と、
他の側面の溝を流路とする空気流路８は、互いに直行す
る方向に配列されている。

【０００９】ところで、現在開発が進められている燃料
電池は、図９及び図１０に示す如く、上記の様な単電池
を四角柱状に複数個積層してセルスタック９が構成され
、その四周の側面には反応ガス供給用のマニホールド１
０が取付けられている。このマニホールド１０には、そ
れぞれ水素ガス供給管１１、水素ガス排出管１２、空気
供給管１３及び空気排出管１４が接続されており、水素
ガス及び空気は、セルスタック９内を矢印Ａ，Ｂの方向
に流れる様に設計されている。

【００１０】また、セルスタック９の運転温度は高い方
が反応論的には好ましいが、構成材料の耐熱性や電解質
の蒸気圧等の制約から２００°Ｃ前後に維持することが
望ましい。従って、セルスタック９内に埋設された導管
内に冷却水を循環させて、燃料電池起動時の加熱と、運
転中に発生する熱を冷却している。

【００１１】即ち、この型の燃料電池では、図９に示し
た様に、冷却水供給管１５及び冷却水排出管１６が配設
され、冷却水はセルスタック９内を破線Ｃの様に循環し
ている。さらに、燃料電池の出力は直流で、セルスタッ
ク９の上下端に配設された電力端子（正極）１７、電力
端子（負極）１８から、接続導体１９及びブッシング２
０を介してタンク２１外に引出される。

【００１２】以上、説明した様な燃料電池の中身は、タ
ンク２１内に収納され、タンク２１内には、マニホール
ド１０やその他からの反応ガスの漏れを抑制するために
窒素ガス等が封入されている。

【００１３】

【発明が解決ようとする課題】ところで、図９及び図１
０に示した様な燃料電池においては、その単器容量は単
電池面積とその積層個数に比例する。しかし、単電池を
構成する多孔質電極板は、全面均一な厚さに成形する製
作上の制約や、脆い材質であることからの積層作業の制
約、さらには、全面均一な締付力が得られにくい等の制
約より、その面積を大幅に増大することは困難であり、
また単電池の積層個数も輸送上の制約或いは積層作業の
制約等のため限界があることより、セルスタック１個当
たりの容量は２００〜５００ｋｗに抑制される。

【００１４】従って、大容量の燃料電池発電プラントの
実用化に際しては、数十個或いは数百個の燃料電池を併
設する必要がある。そのため、燃料電池相互の反応ガス
配管、冷却水配管及び電力端子をいかに接続するかによ
って、所要据付スペース或いは点検・保守作業の難易度
、また接続導体の抵抗損失等に大きな影響を与えること
になる。

【００１５】特に、電力端子及びその引出し用のブッシ
ング２０は、比較的地上に近い高さに設けられることや
、その出力が直流でしかも低電圧で大電流が流れること
から、その接続方法の適否は、点検保守作業或いは接続
導体の抵抗損失に大きな影響を与える。

【００１６】しかし、従来から提案されているこの種の
燃料電池を使用した発電装置は、上記の様な要望を充分
満足するものではなく、その改良が強く望まれているの
が現状である。

【００１７】本発明は、上述の如き従来技術の問題点を
解消せんとして提案されたもので、その目的は、点検保
守作業を容易にすると共に、接続導体の抵抗損失を最小
にすることができる燃料電池発電装置を提供することに
ある。

【００１８】［発明の構成］

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の燃料電池発電装置は、タンク内にセルス
タックを収納し、このセルスタックの上下端部に設けた
正・負両極の電力端子を、タンクの上部または下部に設
けた引出し用ブッシングを介してタンク外部に引出して
個々の燃料電池を構成し、これら燃料電池を各燃料電池
に設けた電力端子引出し用ブッシングの引出し方向が対
向するように２列に並べて配設し、これらの対向した燃
料電池の列の間には、各列の燃料電池の配設方向と平行
にダクトを設け、このダクトの内部には接続導体を設け
、この接続導体により前記複数個の燃料電池の電力端子
引出し用ブッシングを互いに直列に接続したものである
。

【００２０】

【作用】このような構成を有する本発明の燃料電池にお
いては、２列の燃料電池の電力端子引き出し用ブッシン
グが、その列の間に設けられたダクト内の接続導体によ
って直列接続される。その結果、各列ごとに接続導体を
収納したダクトが不要となり、その部品点数の削減、省
スペース化、保守点検の容易化が可能となる。また、接
続導体の省略により、接続導体による抵抗損失も削減さ
れる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って具体的
に説明する。なお、図７乃至図１０の従来の燃料電池発
電装置と同一の部材については、同一符号を付し説明は
省略する。

【００２２】（１）第１実施例…図１乃至図３本実施例
の燃料電池発電装置は、電力端子引き出し用ブッシング
及び２列の燃料電池の間に設けるダクトを、燃料電池タ
ンクの下部に設けたものである。

【００２３】本実施例において、図１に示す如く、複数
個の燃料電池Ｎが併設され、これらの燃料電池Ｎの電力
端子は互いに接続されている。各燃料電池Ｎは、タンク
２１内にセルスタック９を収納したもので、従来の燃料
電池と同様にセルスタック９の上下端部に正・負両極の
電力端子１７，１８が設けられている。

【００２４】これら正・負両極の電力端子引出し用ブッ
シング２０は、図２の縦断面図に示す如く、タンク２１
の下部の側壁部より並列状態でタンク２１の外部に引出
されている。

【００２５】各燃料電池Ｎは、正・負両極のブッシング
２０の引出し方向が対向するように２列に配設され、こ
れら２列の燃料電池の間には、その列の方向と並行して
ダクト２２が設けられている。このダクト２２の内部に
は、各燃料電池Ｎより引出されたブッシング２０を直列
に接続する接続導体２３が配設されている。

【００２６】この様な構成の燃料電池発電装置において
、さらに多数の燃料電池を接続する場合の配置構成を図
３に示した。即ち、図３においては、１０台の燃料電池
Ｎがそれぞれのブッシング２０の引出し方向が対向する
ように配置され、前記ブッシング２０が直列に接続され
て、一組の発電ユニット２４が構成されている。

【００２７】この発電ユニット２４が、その電力引出し
端を同一方向に向けて、複数セット（図では３セット）
併設されている。発電ユニット２４の電力引出し端側に
は、発電ユニット２４を構成するダクト２２と直交する
方向に母線ダクト２５が設けられている。各発電ユニッ
ト２４の電力引出し用接続導体２３が、この母線ダクト
２５の内部に組込まれた接続導体２６に並列に接続され
ている。

【００２８】この様に構成された本実施例の燃料電池発
電装置においては、個々の燃料電池Ｎより引出される電
力端子引出し用ブッシング２０の引出し口を、燃料電池
Ｎのタンク２１の下部に設け、また、ブッシング２０を
直列に接続する接続導体２３をダクト２２内に収納した
ことにより、それらの点検・保守作業が地上近くで行え
るので、点検・保守作業時の安全が確保される。また、
複数個の燃料電池Ｎが接続導体２３によって直列に接続
されるので、発電装置の出力電圧を高くすることができ
、接続導体の抵抗損失を最小に抑制することができる。

【００２９】特に、本実施例では、２列の燃料電池を、
その電力端子引き出し用ブッシングが対向するように配
置し、しかもその間に１本のダクトを設けたので、各列
ごとにダクトを配置する必要がなくなり、その分だけダ
クトや内部の接続導体の省略が可能となる。その結果、
構成の単純化及び省スペース化が可能となる。また、２
列の燃料電池のダクトの共用化により、保守点検も近い
場所で行えるので、作業性も向上する。

【００３０】更に、図３のように、同数の燃料電池Ｎを
持つ発電ユニットを並列に接続して大規模な燃料電池発
電装置を構成すれば、発電ユニット相互間に出力電圧の
差はなく、各燃料電池Ｎの仕様を一致させることができ
ることにより、品質の安定、製造コストの低減をはかる
ことができる。

【００３１】また、燃料電池は電極触媒、電極構造、電
極構成材料あるいは負荷の大きさや変動率、作動条件等
により寿命がある。寿命時間はまだ明確にされていない
が、寿命のきた燃料電池は交互に交換して発電プラント
全体の停止を防ぐ手法が必要であるが、本実施例による
燃料電池発電装置では、発電ユニット毎に点検，保守，
交換が可能であり、発電ユニット毎に寿命到達時期をず
らす等の対策も可能となる。さらに、燃料電池発電プラ
ント建設後の電力需要の増大に伴う増容量も発電ユニッ
ト単位で追加することにより可能となる。

【００３２】（２）第２実施例…図４乃至図６本実施例
の燃料電池発電装置は、電力端子引き出し用ブッシング
及び２列の燃料電池の間に設けるダクトを、燃料電池タ
ンクの上部に設けたものである。

【００３３】本実施例において、図４に示すように、各
燃料電池Ｎのタンク２１の上部（ドーム状の天井部分）
には、斜め上方に向けて電力端子引き出し用ブッシング
２０が設けられている。このような構造の複数個の燃料
電池Ｎが、この斜め上方に設けられた電力端子引き出し
用ブッシング２０が対向するように２列に配置されてい
る。

【００３４】２列の燃料電池Ｎの列の間には、燃料電池
の列の方向と平行にダクト２２が設けられている。この
ダクト２２は、図５に示すように、燃料電池のタンク２
２の上部に設けられ、ダクト２２内の接続導体２３に各
燃料電池の電力端子引き出し用ブッシング２０が直列に
接続されている。

【００３５】このような構成を有する第２実施例の燃料
電池発電装置では、前記第１実施例と同様に、省スペー
ス化、構造の簡略化が達成できる。特に、ダクト２２を
燃料電池のタンクの上部に配置することで、２列の燃料
電池の間隔をより狭めることができ、省スペース効果が
優れている。

【００３６】また、図６に示すように、このように直列
に接続された燃料電池発電装置を１ユニットとして、こ
れを複数ユニット並列に接続することも可能であり、そ
の場合は、より大規模な燃料電池発電装置を得ることが
できる。

【００３７】なお、ダクトの削減により従来技術に比べ
て保守点検が容易となるが、前記第１実施例に比べダク
トの位置がタンク上部であるので、高所作業が要求され
る。

【００３８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、点検・保
守作業が容易で、接続導体の抵抗損失を最小にすること
ができ、また効率良く燃料電池を配置することができる
ので、機器の据付スペースも縮小できる非常に有利な燃
料電池発電装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池発電装置の第１実施例を示す
平面図

【図２】図１の燃料電池発電装置の縦断面図

【図３】図
１の燃料電池発電装置を複数ユニット使用した燃料電池
発電装置の配置構成を示す平面図

【図４】本発明の燃料
電池発電装置の第２実施例を示す平面図

【図５】図４の燃料電池発電装置の縦断面図

【図６】図
４の燃料電池発電装置を複数ユニット使用した燃料電池
発電装置の配置構成を示す平面図

【図７】燃料電池の原
理を示す断面模型図

【図８】燃料電池の単電池部分を示
す斜視図

【図９】燃料電池の概略構成を示す平面図

【図
１０】図９の燃料電池の縦断面図

【符号の説明】

Ｎ…燃料電池９…セルスタック１８…電力端子（負極）１９…接続導体２０…ブッシング２１…タンク２２…ダクト２３…接続導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　タンク内にセルスタックを収納し、こ
のセルスタックの上下端部に設けた正・負両極の電力端
子を、タンクの上部または下部に設けた引出し用ブッシ
ングを介してタンク外部に引出して個々の燃料電池を構
成し、これら燃料電池を各燃料電池に設けた電力端子引
出し用ブッシングの引出し方向が対向するように２列に
並べて配設し、これらの対向した燃料電池の列の間には
、各列の燃料電池の配設方向と平行にダクトを設け、こ
のダクトの内部には接続導体を設け、この接続導体によ
り前記複数個の燃料電池の電力端子引出し用ブッシング
を互いに直列に接続したことを特徴とする燃料電池発電
装置。