JPH10199557A - 燃料電池発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特性の異なる燃料電池本体が同一プラントに入
ったような場合にも、各燃料電池本体の特性を十分に活
かすと共に、正確な特性評価を行なうこと。 【解決手段】複数の燃料電池本体１からなる燃料電池本
体群２を複数群設置し、各燃料電池本体群２の全ての燃
料電池本体１へ水を供給することによって温度調節を行
なう温度調節手段4,5,6 とを備えて構成される燃料電池
発電プラントにおいて、各燃料電池本体群２の温度調節
水の共通入口側および出口側にそれぞれ設けられ、圧損
を設けるためのダンパ16,17 と、各燃料電池本体群２の
独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調節水の流量を計
測する流量計測手段19と、各燃料電池本体群２の出口側
にそれぞれ設けられ、温度調節水の温度を計測する温度
計測手段18とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的に互いに直
列または並列接続された複数の燃料電池本体を備えた燃
料電池発電プラントに係り、特に特性の異なる燃料電池
本体が同一プラントに入ったような場合にも、各燃料電
池本体の特性を十分に活かすことができると共に、正確
な特性評価を行なうことができるようにした燃料電池発
電プラントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃料の有しているエネルギー
を直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池
が知られている。この種の燃料電池は、通常、非導電性
の多孔質体に電解質を含浸した電解質層（マトリックス
層）を挟んで一対の多孔質電極を配置して燃料電池本体
を構成し、一方の多孔質電極である燃料極の背面側に、
反応ガスである水素等の燃料ガスを供給すると共に、他
方の多孔電極である酸化剤極の背面側に、反応ガスであ
る酸素等の酸化剤ガスを供給することにより起こる電気
化学的反応を利用して、上記一対の電極間から電気エネ
ルギーを取り出すようにしたものであり、上記燃料ガス
と酸化剤ガスが供給されている限り、高い効率で電気エ
ネルギーを取り出すことができる装置である。

【０００３】この燃料電池を用いた発電プラントは、比
較的小さな規模であっても、発電効率は４０〜５０％に
も達し、新鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されてい
る。また、近年大きな社会問題になっている公害要因で
あるＳＯｘ、ＮＯｘの排出は極めて少なく、発電プラン
ト内に燃焼サイクルを含まないため、多量の冷却水を必
要とせず、振動も小さいことから、騒音・排ガス等の環
境問題が少ないという利点がある。

【０００４】さらに、負荷変動に対して応答性が良く、
原理的に高い変換効率が期待できると共に、発電と同時
に熱も利用するコジェネレーションシステムに向いてい
る等の特徴から、その研究開発に期待と関心が寄せられ
ている。

【０００５】ところで、一般に、このような燃料電池発
電プラントでは、１台の燃料電池本体の出力に制限があ
るため、発電出力を増大させる場合には、複数の燃料電
池本体を組み込むことが必要である。

【０００６】ただし、この場合、直列接続だけでは、電
池運転電圧が高くなって、直交変換装置等の電気システ
ムの定格電圧が高くなるため、直列接続と並列接続とを
組み合わせていることが一般的であり、さらに各燃料電
池本体へ温度調節用の水（電池冷却用の水であり、以下
温度調節水と称する）を供給することによって温度調節
を行なう温度調節手段を備えて、発電プラント全体を構
成していることが多い。

【０００７】そして、このような燃料電池発電プラント
では、各燃料電池本体へ供給される温度調節水は、基本
的には各燃料電池本体に均等に配分されるように設計さ
れている。

【０００８】図４は、この種の従来の燃料電池発電プラ
ントの一例を示す構成図である。図４に示すように、ｎ
個の燃料電池本体１が、電気的に互いに直列接続され
て、１つの燃料電池本体群（以下、ストリングと称す
る）２を構成している。

【０００９】また、このように構成されたｍ群（ｍ列）
のストリング２が、電気的に互いに並列接続されて、直
交変換装置等からなる電気システム３と電気的に並列接
続されており、この電気システム３から負荷電流を取り
出すようになっている。

【００１０】さらに、各ストリング２には、電池温度を
調節するための温度調節水が流通している。すなわち、
この温度調節水は、電池温度調節水供給システム４から
電池温度調節水ストリング供給へッダ５を通じて各スト
リング２に供給され、他端の電池温度調節水ストリング
排出へッダ６に排出されて電池温度調節水供給システム
４へ戻り、温度調整されて再度ストリング２に供給され
る。

【００１１】図５は、従来の燃料電池発電プラントの他
の例を示す構成図である。図５に示すように、温度調節
水は、電池温度調節水供給ヘッダ７から均等に個別電池
温度調節水供給ヘッダ８に供給され、燃料電池本体１を
通って個別電池温度調節水排出ヘッダ９から排出され、
電池温度調節水排出へッダ１０へ合流する。

【００１２】この排出された温度調節水は、電池温度調
節水供給システム４により温度調節されて、再度燃料電
池本体１に供給される仕組みとなっている。図６は、燃
料電池本体１内部と前後の温度分布の一例を示す特性図
である。

【００１３】図６において、１１は燃料電池本体１内部
と前後の配管内の温度調節水の温度を示している。入口
温度１２で燃料電池本体１に供給された温度調節水は、
燃料電池本体１で発生する熱を受けて、徐々に温度が上
昇する（単層流状態：領域１３）。そして、ある温度に
達すると、その部分の圧力の飽和蒸気圧に相当する温度
になるため、温度調節水の一部が蒸発して２層流状態と
なり（領域１４）、温度がほぼ一定（厳密には、燃料電
池本体１の圧損に相当する温度低下がある）となる。

【００１４】温度調節水は、この出口温度１５で電池温
度調節水供給システム４に戻り、温度調整されて、再び
燃料電池本体１に再供給される。通常、温度調節水は、
この出口温度１５を監視し、制御するようにしている。

【００１５】ところで、以上のような構成を有する図
４、図５の燃料電池発電プラントにおいて、温度調節水
は、全てのストリング２および燃料電池本体１へ均等に
配分されて、全ての燃料電池本体１がほぼ同じ温度で運
転される。

【００１６】そして、このような従来の燃料電池発電プ
ラントにおいては、各燃料電池本体１が、全て同仕様で
かつ特性に大きな差異がない場合には、特に問題は生じ
ない。

【００１７】しかしながら、実際には、燃料電池本体１
の特性変化は一様ではない。すなわち、長期間に渡る発
電運転の後に、無視できない個別特性変化が生じたり、
何らかの原因で急激な劣化が進行する場合がある。

【００１８】または、長期間発電プラントを運転する上
で、新製燃料電池本体を組み込むことや、仕様の異なる
燃料電池本体を組み込むニ−ズが発生することがある。
そして、現状の発電プラントにおいては、このような場
合に、各燃料電池本体の運転温度を個別に制御すること
は困難である。

【００１９】従って、全ての燃料電池本体１の要求設定
値の最も安全な値に運転温度を設定する必要があり、各
燃料電池本体１の特性を十分に活かすことができない。
また、設計温度と異なる条件で運転することは、正確な
特性評価を行なう上で大きな問題であり、さらには寿命
等への影響も懸念される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
燃料電池発電プラントにおいては、各燃料電池本体の特
性を十分に活かすことができないばかりでなく、正確な
特性評価を行なうことが困難であるという問題があっ
た。

【００２１】本発明の目的は、特性の異なる燃料電池本
体が同一プラントに入ったような場合にも、各燃料電池
本体の特性を十分に活かすことができると共に、正確な
特性評価を行なうことが可能な極めて信頼性の高い燃料
電池発電プラントを提供することにある。

【００２２】

【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、電解質層を挟んで対向配置された燃料極および酸
化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することによ
り起こる電気化学的反応を利用して、各電極間から電気
エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体からなる燃料
電池本体群と、燃料電池本体群の各燃料電池本体へ温度
調節水を供給することによって温度調節を行なう温度調
節手段とを備えて構成される燃料電池発電プラントにお
いて、まず、請求項１に係る発明では、各燃料電池本体
の温度調節水の入口側および出口側にそれぞれ設けら
れ、圧損を設けるためのダンパを備えて成る。

【００２３】従って、請求項１に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、燃料電池本体毎に運転温度設定
値を全体設定値よりも上げる必要が生じた場合には、そ
の燃料電池本体の温度調節水の出口側のダンパで圧損を
設けることにより、温度調節水の圧力が上がるため、そ
の燃料電池本体内部の温度調節水の温度が上昇して、運
転温度を上げることができる。

【００２４】一方、燃料電池本体毎に運転温度設定値を
全体設定値よりも下げる必要が生じた場合には、その燃
料電池本体の温度調節水の出口側のダンパの圧損を、他
の燃料電池本体よりも減らすことにより、運転温度を下
げることができる。

【００２５】また、請求項２に係る発明では、各燃料電
池本体の温度調節水の入口側および出口側にそれぞれ設
けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料電池本体
の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調節水の流量を
計測する流量計測手段とを備えて成る。

【００２６】従って、請求項２に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、特定の燃料電池本体のダンパの
開度を下げる（閉方向に動かす）ことで、温度調節水の
流量配分にアンバランスが生じることになることから、
各燃料電池本体の独立ラインに流量計測手段を設けるこ
とにより、その指示を見ながら燃料電池本体の温度調節
水の入口側のダンパの圧損を調整して、流量配分を理想
的に設定することができる。

【００２７】さらに、請求項３に係る発明では、各燃料
電池本体の温度調節水の入口側および出口側にそれぞれ
設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料電池本
体の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節水の温度を計
測する温度計測手段とを備えて成る。

【００２８】従って、請求項３に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、電池温度が実際にどのように変
化したかを確認するために、各燃料電池本体の出口側に
温度計測手段を設けることにより、実際に変更した温度
の確認を行なうことができる。

【００２９】さらにまた、請求項４に係る発明では、各
燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側にそれ
ぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料電
池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調節水の
流量を計測する流量計測手段と、各燃料電池本体の出口
側にそれぞれ設けられ、温度調節水の温度を計測する温
度計測手段とを備えて成る。

【００３０】従って、請求項４に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、温度調節水の流量配分と設定温
度の確認のために、各燃料電池本体の温度調節水ライン
に温度計測手段と、流量計測手段を設けることにより、
流量配分の確認と温度の確認を行なうことができ、プラ
ント状態の設定変更がより一層容易となる。

【００３１】以上により、各燃料電池本体の運転温度を
独立に設定することができるため、特性の異なる燃料電
池本体が同一プラントに入ったような場合にも、各燃料
電池本体の特性を十分に活かすことができると共に、正
確な特性評価を行なうことができ、燃料電池発電プラン
トの信頼性を向上することができる。

【００３２】一方、上記の目的を達成するために、電解
質層を挟んで対向配置された燃料極および酸化剤極に燃
料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより起こる電
気化学的反応を利用して、各電極間から電気エネルギー
を取り出す複数の燃料電池本体からなる燃料電池本体群
を複数群設置し、各燃料電池本体群の全ての燃料電池本
体へ温度調節水を供給することによって温度調節を行な
う温度調節手段とを備えて構成される燃料電池発電プラ
ントにおいて、まず、請求項５に係る発明では、各燃料
電池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側にそ
れぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパを備えて成
る。

【００３３】従って、請求項５に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、燃料電池本体群毎に運転温度設
定値を全体設定値よりも上げる必要が生じた場合には、
その燃料電池本体群の温度調節水の出口側のダンパで圧
損を設けることにより、温度調節水の圧力が上がるた
め、その燃料電池本体群内部の温度調節水の温度が上昇
して、運転温度を上げることができる。

【００３４】一方、燃料電池本体群毎に運転温度設定値
を全体設定値よりも下げる必要が生じた場合には、その
燃料電池本体群の温度調節水の出口側のダンパの圧損
を、他の燃料電池本体群よりも減らすことにより、運転
温度を下げることができる。

【００３５】また、請求項６に係る発明では、各燃料電
池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側にそれ
ぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料電
池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調節水の
流量を計測する流量計測手段とを備えて成る。

【００３６】従って、請求項６に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、特定の燃料電池本体群のダンパ
の開度を下げる（閉方向に動かす）ことで、温度調節水
の流量配分にアンバランスが生じることになることか
ら、各燃料電池本体群の独立ラインに流量計測手段を設
けることにより、その指示を見ながら燃料電池本体群の
温度調節水の入口側のダンパの圧損を調整して、流量配
分を理想的に設定することができる。

【００３７】さらに、請求項７に係る発明では、各燃料
電池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側にそ
れぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料
電池本体群の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節水の
温度を計測する温度計測手段とを備えて成る。

【００３８】従って、請求項７に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、電池温度が実際にどのように変
化したかを確認するために、各燃料電池本体群の出口側
に温度計測手段を設けることにより、実際に変更した温
度の確認を行なうことができる。

【００３９】さらにまた、請求項８に係る発明では、各
燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側
にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各
燃料電池本体群の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度
調節水の流量を計測する流量計測手段と、各燃料電池本
体群の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節水の温度を
計測する温度計測手段とを備えて成る。

【００４０】従って、請求項８に係る発明の燃料電池発
電プラントにおいては、温度調節水の流量配分と設定温
度の確認のために、各燃料電池本体群の温度調節水ライ
ンに温度計測手段と、流量計測手段を設けることによ
り、流量配分の確認と温度の確認を行なうことができ、
プラント状態の設定変更がより一層容易となる。

【００４１】以上により、各燃料電池本体群の燃料電池
本体の運転温度を独立に設定することができるため、特
性の異なる燃料電池本体が同一プラントに入ったような
場合にも、各燃料電池本体の特性を十分に活かすことが
できると共に、正確な特性評価を行なうことができ、燃
料電池発電プラントの信頼性を向上することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本実施の形態による燃料
電池発電プラントの一例を示す構成図であり、図４との
同一部分については同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００４３】すなわち、本実施の形態の燃料電池発電プ
ラントは、図１に示すように、図４における各ストリン
グ２の温度調節水の共通入口側および出口側に、圧損を
設けるためのダンパ（電池温度調節水ストリング供給ダ
ンパ１６および電池温度調節水ストリング排出ダンパ１
７）をそれぞれ設けている。

【００４４】また、各ストリング２の独立ラインにおけ
るストリング２と電池温度調節水ストリング排出ダンパ
１７との間に、温度調節水の温度を計測する電池温度調
節水ストリング温度計１８と、温度調節水の流量を計測
する電池温度調節水ストリング流量計１９をそれぞれ設
けている。

【００４５】すなわち、電池温度調節水ストリング供給
ダンパ１６および電池温度調節水ストリング排出ダンパ
１７は、各ストリング２毎の温度調節水の温度および流
量を調節するものである。

【００４６】また、電池温度調節水ストリング温度計１
３および電池温度調節水ストリング流量計１４は、各ス
トリング２の温度調節水の出口側の温度および流量を監
視するものである。

【００４７】なお、発電状態において、全てのストリン
グ２の燃料電池本体１が同仕様で、かつ一定の特性範囲
に入っており、また特別な特性試験を行なわない場合に
は、全てのストリング２の燃料電池本体１の運転温度は
一定とするため、これらのダンパ１６，１７は基本的に
全て同開度に設定する。

【００４８】一方、特性の異なる燃料電池本体１がプラ
ントに導入された場合や、特定のストリング２の燃料電
池本体１が劣化する等して、運転温度をストリング２毎
に個別に変える必要がある場合には、これらのダンパ１
６，１７の開度を個別に調節する。

【００４９】すなわち、電池温度を高くする場合には、
そのストリング２の電池温度調節水ストリング排出ダン
パ１７の開度を他に比べて下げ（閉方向に動かす）、ま
た流量が下がる分は、電池温度調節水ストリング供給ダ
ンパ１６の開度を、他に比べて開方向に設定する。

【００５０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の燃料電池発電プラントの作用について説明する。ま
ず、建設直後等の、各ストリング２の個々の燃料電池本
体１の特性に差異がない場合には、同じ負荷電流に対し
て全ての燃料電池本体１はほぼ同じ特性を示すので、全
てのストリング２に供給する温度調節水の温度は等しく
すればよい。

【００５１】そして、この状態では、電池温度調節水ス
トリング供給ダンパ１６および電池温度調節水ストリン
グ排出ダンパ１７は、全てある中間開度となるようにプ
ラントを設計する。

【００５２】しかしながら、プラントのある程度の運転
期間の後には、必ず燃料電池本体１の特性にばらつきが
生じることになる。特に、一部のストリング２の燃料電
池本体１の劣化の激しい場合には、運転温度を下げる要
求が生じる場合がある。また、温度運転条件の異なる燃
料電池本体１を入れた場合には、一部のストリング２の
燃料電池本体１を新製品に交換した場合等に、電池温度
は各ストリング２の燃料電池本体１の設計に応じて、個
々に設定できれば理想的である。

【００５３】このような場合、本実施の形態において
は、各ストリング２の温度調節水の共通入口側および出
口側に設けた電池温度調節水ストリング供給ダンパ１６
および電池温度調節水ストリング排出ダンパ１７の開度
を適正に調節することによって、各ストリング２の燃料
電池本体１の温度調整を行なうことができる。

【００５４】すなわち、仮に電池温度を高くする場合に
は、そのストリング２の電池温度調節水ストリング排出
ダンパ１７の開度を、他のストリング２の電池温度調節
水ストリング排出ダンパ１７の開度よりも下げる（閉方
向に動かす）。

【００５５】これにより、そのストリング２の下流に圧
損ができることで、そのさらに下流の他のストリング２
の温度調節水合流部での圧力は共通なことから、電池温
度調節水ストリング排出ダンパ１７を閉めたストリング
２の圧力が、他のストリング２に比べて高くなる。

【００５６】そして、圧力が高くなると、飽和蒸気圧で
決まる温度調節水の温度が上がるため、そのストリング
２の燃料電池本体１の内部温度が高くなる。このように
して、電池温度調節水ストリング排出ダンパ１７の開度
を調整することで、ストリング２の燃料電池本体１の温
度を変化させることができる。

【００５７】一方、電池温度調節水ストリング排出ダン
パ１７の開度設定を変更することで、そのストリング２
の燃料電池本体１を流れる温度調節水の流量が変化する
ため、温度調節水の流量配分を均一にする場合には、そ
のストリング２の電池温度調節水ストリング供給ダンパ
１６を、他のストリング２に比べて開方向に設定する。

【００５８】この時、電池温度調節水ストリング流量計
１９で流量を確認しながら行なうことができる。また、
変更した温度は、電池温度調節水ストリング温度計１８
で確認することができる。

【００５９】上述したように、本実施の形態の燃料電池
発電プラントでは、各ストリング２の温度調節水の共通
入口側および出口側に、圧損を設けるための電池温度調
節水ストリング供給ダンパ１６および電池温度調節水ス
トリング排出ダンパ１７をそれぞれ設け、さらに各スト
リング２の独立ラインにおけるストリング２と電池温度
調節水ストリング排出ダンパ１７との間に、温度調節水
の温度を計測する電池温度調節水ストリング温度計１
８、および温度調節水の流量を計測する電池温度調節水
ストリング流量計１９をそれぞれ設けるようにしたもの
である。

【００６０】従って、各ストリング２の燃料電池本体１
の運転温度を独立に設定することができるため、特性の
異なる燃料電池本体１が同一プラントに入ったような場
合にも、各燃料電池本体１の特性を十分に活かすことが
できると共に、正確な特性評価を行なうことができ、燃
料電池発電プラントの信頼性を向上することが可能とな
る。

【００６１】（第２の実施の形態）図２は、本実施の形
態による燃料電池発電プラントの一例を示す構成図であ
り、図５との同一部分については同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００６２】すなわち、本実施の形態の燃料電池発電プ
ラントは、図２に示すように、図５における各燃料電池
本体１の温度調節水の入口側および出口側に、圧損を設
けるためのダンパ（個別電池温度調節水供給ダンパ２０
および個別電池温度調節水排出ダンパ２１）をそれぞれ
設けている。

【００６３】また、各燃料電池本体１の独立ラインにお
ける燃料電池本体１と個別電池温度調節水排出ダンパ２
１との間に、温度調節水の温度を計測する個別電池温度
調節水温度計２２と、温度調節水の流量を計測する個別
電池温度調節水流量計２３をそれぞれ設けている。

【００６４】すなわち、個別電池温度調節水供給ダンパ
２０および個別電池温度調節水排出ダンパ２１は、各燃
料電池本体１毎の温度調節水の温度および流量を調節す
るものである。

【００６５】また、個別電池温度調節水温度計２２およ
び個別電池温度調節水流量計２３は、各燃料電池本体１
の温度調節水の出口側の温度および流量を監視するもの
である。

【００６６】なお、発電状態において、全ての燃料電池
本体１が同仕様で、かつ一定の特性範囲に入っており、
また特別な特性試験を行なわない場合には、全ての燃料
電池本体１の運転温度は一定とするため、これらのダン
パ２０，２１は基本的に全て同開度に設定する。

【００６７】一方、特性の異なる燃料電池本体１がプラ
ントに導入された場合や、特定の燃料電池本体１が劣化
する等して、運転温度を燃料電池本体１毎に個別に変え
る必要がある場合には、これらのダンパ２０，２１の開
度を個別に調節する。

【００６８】すなわち、電池温度を高くする場合には、
その燃料電池本体１の個別電池温度調節水排出ダンパ２
１の開度を他に比べて下げ（閉方向に動かす）、また流
量が下がる分は、個別電池温度調節水供給ダンパ２０の
開度を、他に比べて開方向に設定する。

【００６９】次に、以上のように構成した本実施の形態
の燃料電池発電プラントの作用について説明する。ま
ず、建設直後等の、個々の燃料電池本体１の特性に差異
がない場合には、同じ負荷電流に対して全ての燃料電池
本体１はほぼ同じ特性を示すので、全ての燃料電池本体
１に供給する温度調節水の温度は等しくすればよい。

【００７０】そして、この状態では、個別電池温度調節
水供給ダンパ２０および個別電池温度調節水排出ダンパ
２１は、全てある中間開度となるようにプラントを設計
する。

【００７１】しかしながら、プラントのある程度の運転
期間の後には、必ず燃料電池本体１の特性にばらつきが
生じることになる。特に、一部の燃料電池本体１の劣化
の激しい場合には、運転温度を下げる要求が生じる場合
がある。また、温度運転条件の異なる燃料電池本体１を
入れた場合には、一部の燃料電池本体１を新製品に交換
した場合等に、電池温度は各燃料電池本体１の設計に応
じて、個々に設定できれば理想的である。

【００７２】このような場合、本実施の形態において
は、各燃料電池本体１の温度調節水の入口側および出口
側に設けた個別電池温度調節水供給ダンパ２０および個
別電池温度調節水排出ダンパ２１の開度を適正に調節す
ることによって、各燃料電池本体１の温度調整を行なう
ことができる。

【００７３】すなわち、仮に電池温度を高くする場合に
は、その燃料電池本体１の個別電池温度調節水排出ダン
パ２１の開度を、他の燃料電池本体１の個別電池温度調
節水排出ダンパ２１の開度よりも下げる（閉方向に動か
す）。

【００７４】これにより、その燃料電池本体１の下流に
圧損ができることで、そのさらに下流の他の燃料電池本
体１の温度調節水合流部での圧力は共通なことから、個
別電池温度調節水排出ダンパ２１を閉めた燃料電池本体
１の圧力が、他の燃料電池本体１に比べて高くなる。

【００７５】そして、圧力が高くなると、飽和蒸気圧で
決まる温度調節水の温度が上がるため、その燃料電池本
体１の内部温度が高くなる。このようにして、個別電池
温度調節水排出ダンパ２１の開度を調整することで、燃
料電池本体１の温度を変化させることができる。

【００７６】一方、個別電池温度調節水排出ダンパ２１
の開度設定を変更することで、その燃料電池本体１を流
れる温度調節水の流量が変化するため、温度調節水の流
量配分を均一にする場合には、その燃料電池本体１の個
別電池温度調節水供給ダンパ２０を、他の燃料電池本体
１に比べて開方向に設定する。

【００７７】この時、個別電池温度調節水流量計２３で
流量を確認しながら行なうことができる。また、変更し
た温度は、個別電池温度調節水温度計２２で確認するこ
とができる。

【００７８】図３は、上記状態にした（個別電池温度調
節水排出ダンパ２１を閉方向、個別電池温度調節水供給
ダンパ２０を開方向）燃料電池本体１とその他の燃料電
池本体１の、燃料電池本体１内部とその前後の温度と圧
力の分布の一例を示している。

【００７９】なお、ここでは、配管の圧力損失は無視し
ている。まず、標準状態の電池付近圧力分布２４につい
て述べる。電池入口圧力２５で燃料電池本体１に供給さ
れた温度調節水は、まず個別電池温度調節水供給ダンパ
２１で圧力が下げられる。その後、ほぼ一定の圧力で電
池温度調節水供給システム４に到達する。

【００８０】一方、高温設定（個別電池温度調節水排出
ダンパ２１閉、個別電池温度調節水供給ダンパ２０開）
燃料電池本体１内部とその前後の圧力分布２６の場合に
は、個別電池温度調節水供給ダンパ２０を開としている
ために、燃料電池本体１入口での圧力は標準電池ほど下
がらず、燃料電池本体１内部での圧力が高くなる。そし
て、燃料電池本体１出口の個別電池温度調節水排出ダン
パ２１により圧力が下げられて、他の燃料電池本体１の
温度調節水と合流する。

【００８１】この効果を図示したものが、図３である。
すなわち、まず標準状態の電池付近圧力分布２７につい
て述べる。電池入口温度２８で燃料電池本体１に供給さ
れた温度調節水は、燃料電池本体１に入ってその熱を受
けて温度が上昇し、その温度の飽和蒸気圧が配管圧力と
なる時点から２層流となり、燃料電池本体１出口までほ
ぼ一定の温度となる。

【００８２】一方、高温設定燃料電池１は、前述したよ
うに、燃料電池本体１内部での圧力が高いため、飽和蒸
気圧で決まる２層流温度が高くなって、温度分布（高温
設定電池と前後の温度分布）２９のようになり、燃料電
池本体１の内部の温度が高くなる。

【００８３】このようにして、簡単なシステムで燃料電
池本体１の運転温度を個別に独立して制御することがで
きる。上述したように、本実施の形態の燃料電池発電プ
ラントでは、各燃料電池本体１の温度調節水の入口側お
よび出口側に、圧損を設けるための個別電池温度調節水
供給ダンパ２０および個別電池温度調節水排出ダンパ２
１をそれぞれ設け、さらに各燃料電池本体１の独立ライ
ンにおける燃料電池本体１と個別電池温度調節水排出ダ
ンパ２１との間に、温度調節水の温度を計測する個別電
池温度調節水温度計２２、および温度調節水の流量を計
測する個別電池温度調節水流量計２３をそれぞれ設ける
ようにしたものである。

【００８４】従って、各燃料電池本体１の運転温度を独
立に設定することができるため、特性の異なる燃料電池
本体１が同一プラントに入ったような場合にも、各燃料
電池本体１の特性を十分に活かすことができると共に、
正確な特性評価を行なうことができ、燃料電池発電プラ
ントの信頼性を向上することが可能となる。

【００８５】（他の実施の形態） （ａ）前記第１の実施の形態では、各ストリング２の独
立ラインにおけるストリング２と電池温度調節水ストリ
ング排出ダンパ１７との間に、電池温度調節水ストリン
グ流量計１９を設ける場合について説明したが、これに
限らず、各ストリング２の独立ラインにおけるストリン
グ２と電池温度調節水ストリング供給ダンパ１６との間
に、電池温度調節水ストリング流量計１９を設けるよう
にしてもよい。

【００８６】（ｂ）前記第２の実施の形態では、各燃料
電池本体１の独立ラインにおける燃料電池本体１と個別
電池温度調節水排出ダンパ２１との間に、個別電池温度
調節水流量計２３を設ける場合について説明したが、こ
れに限らず、各燃料電池本体１の独立ラインにおける燃
料電池本体１と個別電池温度調節水供給ダンパ２０との
間に、個別電池温度調節水流量計２３を設けるようにし
てもよい。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、電解質層を挟んで
対向配置された燃料極および酸化剤極に燃料ガスおよび
酸化剤ガスを供給することにより起こる電気化学的反応
を利用して、各電極間から電気エネルギーを取り出す複
数の燃料電池本体からなる燃料電池本体群と、燃料電池
本体群の各燃料電池本体へ温度調節水を供給することに
よって温度調節を行なう温度調節手段とを備えて構成さ
れる燃料電池発電プラントにおいて、請求項１に係る発
明によれば、各燃料電池本体の温度調節水の入口側およ
び出口側にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダン
パを備えるようにしたので、特性の異なる燃料電池本体
が同一プラントに入ったような場合にも、各燃料電池本
体の特性を十分に活かすことができると共に、正確な特
性評価を行なうことが可能な極めて信頼性の高い燃料電
池発電プラントが提供できる。

【００８８】また、請求項２に係る発明によれば、各燃
料電池本体の温度調節水の入口側および出口側にそれぞ
れ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料電池
本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調節水の流
量を計測する流量計測手段とを備えるようにしたので、
各燃料電池本体の温度調節水の流量指示を見ながら、燃
料電池本体の温度調節水の流量配分を理想的に設定する
ことが可能な燃料電池発電プラントが提供できる。

【００８９】さらに、請求項３に係る発明によれば、各
燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側にそれ
ぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃料電
池本体の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節水の温度
を計測する温度計測手段とを備えるようにしたので、電
池温度が実際にどのように変化したかを確認するため
に、各燃料電池本体の出口側の温度を計測して、実際に
変更した温度の確認を行なうことが可能な燃料電池発電
プラントができる。

【００９０】さらにまた、請求項４に係る発明によれ
ば、各燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側
にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各
燃料電池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調
節水の流量を計測する流量計測手段と、各燃料電池本体
の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節水の温度を計測
する温度計測手段とを備えるようにしたので、温度調節
水の流量配分と設定温度の確認のために、各燃料電池本
体の温度調節水の温度と流量を計測して、流量配分の確
認と温度の確認を行なうことができ、プラント状態の設
定変更をより一層容易にすることが可能な燃料電池発電
プラントができる。

【００９１】一方、上記の目的を達成するために、電解
質層を挟んで対向配置された燃料極および酸化剤極に燃
料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより起こる電
気化学的反応を利用して、各電極間から電気エネルギー
を取り出す複数の燃料電池本体からなる燃料電池本体群
を複数群設置し、各燃料電池本体群の全ての燃料電池本
体へ温度調節水を供給することによって温度調節を行な
う温度調節手段とを備えて構成される燃料電池発電プラ
ントにおいて、請求項５に係る発明によれば、各燃料電
池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側にそれ
ぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパを備えるよう
にしたので、特性の異なる燃料電池本体が同一プラント
に入ったような場合にも、各燃料電池本体の特性を十分
に活かすことができると共に、正確な特性評価を行なう
ことが可能な極めて信頼性の高い燃料電池発電プラント
が提供できる。

【００９２】また、請求項６に係る発明によれば、各燃
料電池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側に
それぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各燃
料電池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、温度調節
水の流量を計測する流量計測手段とを備えるようにした
ので、各燃料電池本体群の温度調節水の流量指示を見な
がら、燃料電池本体群の温度調節水の流量配分を理想的
に設定することが可能な燃料電池発電プラントが提供で
きる。

【００９３】さらに、請求項７に係る発明によれば、各
燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および出口側
にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、各
燃料電池本体群の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節
水の温度を計測する温度計測手段とを備えるようにした
ので、電池温度が実際にどのように変化したかを確認す
るために、各燃料電池本体群の出口側の温度を計測し
て、実際に変更した温度の確認を行なうことが可能な燃
料電池発電プラントができる。

【００９４】さらにまた、請求項８に係る発明によれ
ば、各燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および
出口側にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパ
と、各燃料電池本体群の独立ラインにそれぞれ設けら
れ、温度調節水の流量を計測する流量計測手段と、各燃
料電池本体群の出口側にそれぞれ設けられ、温度調節水
の温度を計測する温度計測手段とを備えるようにしたの
で、温度調節水の流量配分と設定温度の確認のために、
各燃料電池本体群の温度調節水の温度と流量を計測し
て、流量配分の確認と温度の確認を行なうことができ、
プラント状態の設定変更をより一層容易にすることが可
能な燃料電池発電プラントができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池発電プラントの第１の実
施の形態を示す構成図。

【図２】本発明による燃料電池発電プラントの第２の実
施の形態を示す構成図。

【図３】本発明による燃料電池発電プラントにおける燃
料電池本体内部と前後の温度分布と圧力分布の一例を示
す特性図。

【図４】従来の燃料電池発電プラントの一例を示す構成
図。

【図５】従来の燃料電池発電プラントの他の例を示す構
成図。

【図６】従来の燃料電池発電プラントにおける燃料電池
本体内部と前後の温度分布と圧力分布の一例を示す特性
図。

【符号の説明】

１…燃料電池本体、 ２…ストリング、 ３…電気システム、 ４…電池温度調節水供給システム、 ５…電池温度調節水ストリング供給ヘッダ、 ６…電池温度調節水ストリング排出ヘッダ、 ７…電池温度調節水供給ヘッダ、 ８…個別電池温度調節水供給ヘッダ、 ９…個別電池温度調節水排出ヘッダ、 １０…電池温度調節水排出へッダ、 １１…電池内部と前後の配管内温度分布、 １２…電池温度調節水電池入口温度、 １３…電池内部温度（単層流状態）、 １４…電池内部温度（２層流状態）、 １５…電池温度調節水電池出口温度、 １６…電池温度調節水ストリング供給ダンパ、 １７…電池温度調節水ストリング排出ダンパ、 １８…電池温度調節水ストリング温度計、 １９…電池温度調節水ストリング流量計、 ２０…個別電池温度調節水供給ダンパ、 ２１…個別電池温度調節水排出ダンパ、 ２２…個別電池温度調節水温度計、 ２３…個別電池温度調節水流量計、 ２４…標準状態電池内部と前後の圧力分布、 ２５…電池入口圧力、 ２６…高温設定電池内部と前後の圧力分布、 ２７…標準状態電池内部と前後の温度分布、 ２８…電池入口温度、 ２９…高温設定電池内部と前後の温度分布。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群と、前記燃料電池本体群の各燃
   料電池本体へ温度調節水を供給することによって温度調
   節を行なう温度調節手段とを備えて構成される燃料電池
   発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側
   にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパを備え
   て成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
2. 【請求項２】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群と、前記燃料電池本体群の各燃
   料電池本体へ温度調節水を供給することによって温度調
   節を行なう温度調節手段とを備えて構成される燃料電池
   発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側
   にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、 前記各燃料電池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、
   温度調節水の流量を計測する流量計測手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
3. 【請求項３】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群と、前記燃料電池本体群の各燃
   料電池本体へ温度調節水を供給することによって温度調
   節を行なう温度調節手段とを備えて構成される燃料電池
   発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側
   にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、 前記各燃料電池本体の出口側にそれぞれ設けられ、温度
   調節水の温度を計測する温度計測手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
4. 【請求項４】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群と、前記燃料電池本体群の各燃
   料電池本体へ温度調節水を供給することによって温度調
   節を行なう温度調節手段とを備えて構成される燃料電池
   発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体の温度調節水の入口側および出口側
   にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパと、 前記各燃料電池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、
   温度調節水の流量を計測する流量計測手段と、 前記各燃料電池本体の出口側にそれぞれ設けられ、温度
   調節水の温度を計測する温度計測手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
5. 【請求項５】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群を複数群設置し、前記各燃料電
   池本体群の全ての燃料電池本体へ温度調節水を供給する
   ことによって温度調節を行なう温度調節手段とを備えて
   構成される燃料電池発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および
   出口側にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパ
   を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
6. 【請求項６】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群を複数群設置し、前記各燃料電
   池本体群の全ての燃料電池本体へ温度調節水を供給する
   ことによって温度調節を行なう温度調節手段とを備えて
   構成される燃料電池発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および
   出口側にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパ
   と、 前記各燃料電池本体の独立ラインにそれぞれ設けられ、
   温度調節水の流量を計測する流量計測手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
7. 【請求項７】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群を複数群設置し、前記各燃料電
   池本体群の全ての燃料電池本体へ温度調節水を供給する
   ことによって温度調節を行なう温度調節手段とを備えて
   構成される燃料電池発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および
   出口側にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパ
   と、 前記各燃料電池本体群の出口側にそれぞれ設けられ、温
   度調節水の温度を計測する温度計測手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。
8. 【請求項８】 電解質層を挟んで対向配置された燃料極
   および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する
   ことにより起こる電気化学的反応を利用して、前記各電
   極間から電気エネルギーを取り出す複数の燃料電池本体
   からなる燃料電池本体群を複数群設置し、前記各燃料電
   池本体群の全ての燃料電池本体へ温度調節水を供給する
   ことによって温度調節を行なう温度調節手段とを備えて
   構成される燃料電池発電プラントにおいて、 前記各燃料電池本体群の温度調節水の共通入口側および
   出口側にそれぞれ設けられ、圧損を設けるためのダンパ
   と、 前記各燃料電池本体群の独立ラインにそれぞれ設けら
   れ、温度調節水の流量を計測する流量計測手段と、 前記各燃料電池本体群の出口側にそれぞれ設けられ、温
   度調節水の温度を計測する温度計測手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電プラント。