JPH117971A - Middle/large-capacity fuel-cell power generator - Google Patents

Middle/large-capacity fuel-cell power generator

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JPH117971A
JPH117971A JP9161111A JP16111197A JPH117971A JP H117971 A JPH117971 A JP H117971A JP 9161111 A JP9161111 A JP 9161111A JP 16111197 A JP16111197 A JP 16111197A JP H117971 A JPH117971 A JP H117971A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
stack
series
air
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JP9161111A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Horiuchi
弘志 堀内
Isamu Morotomi
勇 諸冨
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Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize the combination of gas piping and that of electrical connection in designing an integrated fuel-cell stack plant as a distributed power source, and suppress the pressure loss in the gas piping. SOLUTION: Fuel piping 3 and air piping 2 for a stack group constituted of a plurality of fuel cell stacks 1-a and 1-c are laid in combination of series and parallel connections to feed fuel gas and air gas to the stacks. The electrical connection of the stack group is established also in combination with series and parallel connections corresponding to the connections of the fuel piping 3 and air piping 2. The cross-sectional area of fuel gas passages defined in the cells is made larger in an upstream stack (group) than in a downstream stack (group), both connected in series by means of the fuel piping 3, or the cross-sectional area of air gas passages defined in the cells is made larger in the downstream stack (group) than in the upstream stack (group), both connected in series by means of the air piping 2.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、発電容量が中、大
容量規模の燃料電池発電装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large-capacity fuel cell power generator having a medium or large capacity.

【０００２】[0002]

【従来の技術】１ＭＷ級以上の分散配置燃料電池では、
１スタックの発電容量が５００ｋＷ〜８００ｋＷ程度で
あるために、一つの燃料電池発電装置に複数台の燃料電
池スタックを設置することになる。2. Description of the Related Art In a distributed fuel cell of 1 MW class or higher,
Since the power generation capacity of one stack is about 500 kW to 800 kW, a plurality of fuel cell stacks are installed in one fuel cell power generation device.

【０００３】一般的に、分散配置電源は都市近郊に設置
されることから、その設置面積を最小限にする必要があ
る。設置面積低減を目的としたコンパクト化を行うため
には、複数台の燃料電池スタック間で配管連結を行い、
配管引き回しに必要な空間面積をできるだけ減らすこと
が不可欠となる。[0003] In general, since the distributed power supply is installed near a city, it is necessary to minimize the installation area. To reduce the size of the fuel cell stack to reduce the installation area, pipe connections are made between multiple fuel cell stacks.
It is essential to reduce the space area required for pipe routing as much as possible.

【０００４】一方、中、大容量燃料電池発電装置向けの
燃料電池スタックは、１スタックで可及的に大きな容量
の発電能力を持つことが望ましい。そのために、１ｍ2
級の大面積の電極面積を有する電池を採用しており、１
スタック当たりの発電電流容量は２、０００Ａ以上にも
なる。On the other hand, it is desirable that a fuel cell stack for a medium- and large-capacity fuel cell power generator has a power generation capacity as large as possible in one stack. Therefore, 1m 2
Battery with a large electrode area of the class
The generated current capacity per stack can be as high as 2,000 A or more.

【０００５】特開昭５９−１４９６６２号公報に記載さ
れた従来例では、図７に示すように、複数台の燃料電池
スタックの燃料供給配管を全て直列に連結し、空気配管
は個々のスタックに全て並列に接続した上で、電気的に
並列に接続している。この場合には、以下の問題があ
る。In the conventional example described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-149662, as shown in FIG. 7, fuel supply pipes of a plurality of fuel cell stacks are all connected in series, and air pipes are connected to individual stacks. After all are connected in parallel, they are electrically connected in parallel. In this case, there are the following problems.

【０００６】（１） 電気的に並列に接続されるスタッ
ク数が多く、総電流容量が過大になる。１スタック当た
りで２、０００Ａ以上の電流容量であり、全てのスタッ
クを並列にするため総電流用量はスタック台数分の積に
なり、数ＭＷ級の発電装置では、１０ＫＡ以上の過大な
電流容量になる。そのため、配線抵抗ロスによる発電効
率低下やインバータ装置コストの増大が問題であった。(1) The number of stacks electrically connected in parallel is large, and the total current capacity becomes excessive. Each stack has a current capacity of 2,000 A or more. Since all the stacks are in parallel, the total current dose is the product of the number of stacks. For a several MW class power generator, the current capacity is over 10 KA. Become. Therefore, there has been a problem that the power generation efficiency decreases due to the wiring resistance loss and the inverter device cost increases.

【０００７】（２） 電池内流路圧損が過大になる。特
に、常圧動作の燃料電池発電装置で問題になる。１ｍ2
級の電池では、燃料ガスの電池内流路圧損は２００ｍｍ
Ａｑ程度であり、燃料ガスを全て直列にした場合の全流
路圧損は、個々のスタック内流路圧損のスタック台数分
の積になり、数ＭＷ級の発電装置では、１、０００ｍｍ
Ａｑを越える圧力損失を生じる。その圧力損失分だけ、
最も上流に位置するスタックの燃料入口圧力が増大する
ことになり、電池マニホールドヘッダからのガスのリー
ク量増大が問題であった。(2) The pressure loss in the flow path in the battery becomes excessive. In particular, this is a problem in a fuel cell power generator operating at normal pressure. 1m 2
Class cell, the pressure drop in the flow path of the fuel gas in the cell is 200mm
When the fuel gas is all in series, the total flow path pressure loss is the product of the number of stacks of the flow path pressure losses in the individual stacks. For a power generation device of several MW class, it is 1,000 mm.
A pressure loss exceeding Aq occurs. By the pressure loss,
As a result, the fuel inlet pressure of the stack located at the most upstream increases, and the amount of gas leak from the battery manifold header increases.

【０００８】また、特開昭５９−１４９６６３号公報に
記載された従来例では、図８に示すように、空気配管と
燃料配管とを直列に連結し、しかもそれらを電気的に直
列接続している。この場合には、次の問題がある。In the conventional example described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-149661, as shown in FIG. 8, an air pipe and a fuel pipe are connected in series and electrically connected in series. I have. In this case, there is the following problem.

【０００９】（３） 空気配管を直列接続すると共に電
気配線も直列接続するので、下流スタックの特性が低下
する。スタック間で空気配管を直列に接続した場合、下
流スタックほど低濃度の酸素が供給されるため、セル特
性が低下する。それにも拘わらず、電気的に直列接続さ
せてしまうと、濃度の異なる酸素が供給されているスタ
ック間で同じ電流が流れることになり、下流側におい
て、特性の低いスタックで特性低下を引き起こし、セル
を損傷させるという問題がある。(3) Since the air piping is connected in series and the electric wiring is also connected in series, the characteristics of the downstream stack are reduced. When air pipes are connected in series between the stacks, the lower the concentration of oxygen is supplied to the lower stack, the lower the cell characteristics. Nevertheless, if they are electrically connected in series, the same current will flow between the stacks to which different concentrations of oxygen are supplied, and on the downstream side, the characteristics will be degraded in the stack with low characteristics and the cell will be degraded. There is a problem that damages.

【００１０】（４） 電池内流路圧損が過大になる。空
気配管を直列接続すると、燃料ガスより粘度の低い空気
では、燃料の場合よりも更に電池内圧力損失増大が顕著
になり、数ＭＷ級の発電装置では、事実上採用すること
ができないほどの圧力上昇を引き起こす。(4) The flow path pressure loss in the battery becomes excessive. When the air pipes are connected in series, the pressure drop in the battery becomes more remarkable in the case of air having a viscosity lower than that of the fuel gas than in the case of the fuel, and the pressure becomes so high that it cannot be practically used in a several MW class power generator. Cause a rise.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来例
では、複数台のスタックを連結する方法として、単純な
直列、並列接続の方法を採っており、そのために総電流
容量の増大や圧損増大、特性低下などの問題点があるこ
とが判っている。As described above, in the conventional example, a simple series or parallel connection method is employed as a method for connecting a plurality of stacks, so that the total current capacity increases and the pressure loss increases. It is known that there are problems such as an increase and a decrease in characteristics.

【００１２】この発明は上述したような問題点を解決す
るためになされたものであり、複数台のスタックを過大
な圧損増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連
結することが可能であるとともに、セル特性の低下を防
止するために、スタック間の電気的接続を適正化するこ
とにより、発電効率の低下や信頼性の低下を惹起するこ
となく全体構成をコンパクト化することができ、さらに
ガス配管内の圧損を低減し得る中、大容量燃料電池発電
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to connect a plurality of stacks without causing an excessive increase in pressure loss or an increase in current capacity. By optimizing the electrical connection between the stacks in order to prevent the cell characteristics from deteriorating, the overall configuration can be made compact without lowering the power generation efficiency or lowering the reliability. It is an object of the present invention to provide a large-capacity fuel cell power generator while reducing pressure loss in a pipe.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る中、大容量燃料電池発電装置は、燃料電池スタック群
の燃料配管及び空気配管の接続を、直列と並列とを組み
合わせて連結して燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタ
ックに供給し、しかも前記スタック群の電気的接続を前
記燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と
直列の組み合わせにより構成し、前記燃料配管を直列に
接続したスタック間の上流スタックまたは上流スタック
群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタックまたは
下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積よりも大き
くしたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a large-capacity fuel cell power generator, in which fuel pipes and air pipes of a fuel cell stack group are connected in series and in parallel. To supply fuel gas and air to the fuel cell stack, and furthermore, an electrical connection of the stack group is constituted by a combination of parallel and series in accordance with the connection method of the fuel pipe and the air pipe, and the fuel pipe is connected in series. The cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the group of the upstream stacks between the stacks connected to the fuel cell is larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the cell of the downstream stack or the group of the downstream stacks.

【００１４】この発明の請求項２に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、燃料電池スタック群の燃料配管及び空
気配管の接続を、直列と並列とを組み合わせて連結して
燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し、し
かも前記スタック群の電気的接続を前記燃料配管及び空
気配管の接続方法に対応させて並列と直列の組み合わせ
により構成し、前記空気配管を直列に接続したスタック
間の下流スタックまたは下流スタック群の電池内空気ガ
ス流路断面積を、上流スタックまたは上流スタック群の
電池内燃料ガス流路断面積よりも大きくしたものであ
る。According to a second aspect of the present invention, in the large-capacity fuel cell power generator, the fuel gas and the air are connected by connecting the fuel pipes and the air pipes of the fuel cell stack group in a combination of series and parallel. Supply to the fuel cell stack, and furthermore, the electrical connection of the stack group is configured by a combination of parallel and series according to the connection method of the fuel pipe and the air pipe, and between the stacks in which the air pipes are connected in series. The cross-sectional area of the in-cell air gas passage of the downstream stack or the downstream stack group is larger than the cross-sectional area of the in-cell fuel gas passage of the upstream stack or the upstream stack group.

【００１５】この発明の請求項３に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、燃料電池スタック群の燃料配管及び空
気配管の接続を、直列と並列とを組み合わせて連結して
燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し、し
かも前記スタック群の電気的接続を前記燃料配管及び空
気配管の接続方法に対応させて並列と直列の組み合わせ
により構成し、前記燃料配管を直列に接続したスタック
間の上流スタックまたは上流スタック群の電池内燃料ガ
ス流路断面積を、下流スタックまたは下流スタック群の
電池内燃料ガス流路断面積よりも大きくすると共に、前
記空気配管を直列に接続したスタック間の下流スタック
または下流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、
上流スタックまたは上流スタック群の電池内空気ガス流
路断面積よりも大きくしたものである。According to a third aspect of the present invention, in the large-capacity fuel cell power generator, the fuel gas and the air are connected by connecting the fuel pipes and the air pipes of the fuel cell stack group in a combination of series and parallel. The fuel cells are supplied to the fuel cell stack, and the electric connection of the stack group is configured by a combination of parallel and series in accordance with the connection method of the fuel pipe and the air pipe, and the fuel pipes are connected in series. The cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group is made larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the downstream stack or the downstream stack group, and the downstream between the stacks in which the air pipes are connected in series. The cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the stack or the downstream stack group,
This is larger than the cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group.

【００１６】この発明の請求項４に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、２台の燃料電池スタックより構成され、それら
の燃料電池スタックの空気配管を直列に接続すると共に
燃料配管を並列に接続し、しかもそれらの燃料電池スタ
ックを電気的には並列に接続したものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the large-capacity fuel cell power generator, the fuel cell stack group is composed of two fuel cell stacks as a minimum unit, and the air piping of these fuel cell stacks is provided. Are connected in series, the fuel pipes are connected in parallel, and the fuel cell stacks are electrically connected in parallel.

【００１７】この発明の請求項５に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、２台の燃料電池スタックより構成され、それら
の燃料電池スタックの燃料配管を直列に接続する共に空
気配管を並列に接続し、しかもそれらの燃料電池スタッ
クを電気的には直列に接続したものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the large-capacity fuel cell power generator, the fuel cell stack group is composed of two fuel cell stacks as a minimum unit, and a fuel pipe of the fuel cell stacks is provided. Are connected in series, the air pipes are connected in parallel, and the fuel cell stacks are electrically connected in series.

【００１８】この発明の請求項６に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、４台の燃料電池スタックより構成され、各燃料
電池スタックの燃料配管と空気配管を格子状に接続し、
しかも前記空気配管を直列に接続した燃料電池スタック
は電気的に並列に接続し、前記燃料配管を直列に接続し
た燃料電池スタックは電気的に直列に接続したものであ
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the large-capacity fuel cell power generator, the fuel cell stack group is composed of four fuel cell stacks as a minimum unit. Connect the air pipes in a grid,
Moreover, the fuel cell stack in which the air pipes are connected in series is electrically connected in parallel, and the fuel cell stack in which the fuel pipes are connected in series is electrically connected in series.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。 実施の形態１．先ず、図１は本発明の実施の形態１によ
る中、大容量燃料電池発電装置を示す概略構成図であ
る。図１において、中、大容量燃料電池発電装置は２つ
の燃料電池スタック１−ａ、１−ｂを備え、これらの燃
料電池スタック１−ａ、１−ｂは、空気配管２を並列に
連結し、燃料配管３を直列に接続した上で、電気的に直
列に接続されており、燃料側の配管の引き回し空間を低
減することができる。図１の（ａ）は空気配管２及び燃
料配管３の接続方法を表したものであり、図１の（ｂ）
は各々のスタック１−ａ、１−ｂの電気的な接続方法を
表したものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1 FIG. First, FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a large-capacity fuel cell power generator according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the middle and large-capacity fuel cell power generator includes two fuel cell stacks 1-a and 1-b, and these fuel cell stacks 1-a and 1-b connect air pipes 2 in parallel. After the fuel pipes 3 are connected in series, they are electrically connected in series, so that the wiring space of the fuel side pipes can be reduced. FIG. 1A shows a method of connecting the air pipe 2 and the fuel pipe 3, and FIG.
Represents a method of electrically connecting the stacks 1-a and 1-b.

【００２０】次にその動作原理について説明する。燃料
電池の寿命安定性のためには、燃料ガスの水素の安定供
給が不可欠である。もし、セル内で水素の不足する領域
が発生した場合は、直ちに電極の腐食を生じて著しい特
性低下を引き起こしてしまう。そのために、従来から単
一のスタック内で、セル面内の燃料流路を２〜３分割し
て燃料をリターンさせて流す「リターンフロー」と呼ば
れる方式や、スタックの上下を分割して上流スタックに
一度燃料を流した後でその排ガスを下流スタックに供給
する「シリアルフロー」と呼ばれる方式などが採用され
てきた。これらはいずれも単位面積当たりの燃料実効利
用率を低減させることにより、セル面内の水素欠乏領域
の発生を防止するために考案されてきたものである。こ
のような方式は単一のスタックに必要なものであるが、
複数スタックで構成される燃料電池発電装置で各々のス
タックにこうした方式を採用することは無駄である。Next, the operation principle will be described. In order to stabilize the life of a fuel cell, a stable supply of hydrogen as a fuel gas is indispensable. If a region deficient in hydrogen is generated in the cell, the electrode is immediately corroded, causing a significant deterioration in characteristics. For this purpose, conventionally, in a single stack, the fuel flow in the cell plane is divided into two or three parts, and a method called "return flow" is used. A method called "serial flow" has been adopted in which fuel is flowed once, and then the exhaust gas is supplied to a downstream stack. All of these have been devised in order to reduce the effective fuel utilization rate per unit area to prevent the generation of a hydrogen deficiency region in the cell plane. While such a scheme is required for a single stack,
It is wasteful to adopt such a method for each stack in a fuel cell power generation device composed of a plurality of stacks.

【００２１】こうしたことから、燃料配管３を直列に連
結することでコンパクト化を図れる上に、上述のような
燃料実効利用率の低減効果をもたらして、電池寿命の向
上を図ることができる。次にその効果について説明す
る。Accordingly, the fuel pipes 3 can be connected in series to reduce the size of the fuel cell. In addition to the above-described effect of reducing the effective fuel utilization, the life of the battery can be improved. Next, the effect will be described.

【００２２】図２に２つのスタックの空気配管２を並列
に接続し、電気的に直列に接続した状態で、燃料配管３
を並列に接続した場合と直列に接続した場合の実効の燃
料利用率の状態を示す。全体の燃料利用率を８０％に設
定した場合、並列接続の際は各々のスタックで同じ８０
％利用率になっている。これに対し、燃料配管３を直列
に接続した場合は、上流側は実効利用率で４０％に、下
流側でも実効利用率で６７％にまで低減できることが判
る。In FIG. 2, the fuel pipe 3 is connected in a state where the air pipes 2 of the two stacks are connected in parallel and electrically connected in series.
5 shows the state of the effective fuel utilization rate when the power supply is connected in parallel and when the power supply is connected in series. When the overall fuel utilization is set to 80%, the same 80% is used for each stack in parallel connection.
% Utilization rate. On the other hand, when the fuel pipes 3 are connected in series, it can be seen that the effective utilization rate can be reduced to 40% on the upstream side and to 67% on the downstream side.

【００２３】この場合、電気的に直列に接続しても、実
効利用率が十分に低減されて水素欠乏の心配がない。し
かも、電極活性が酸素濃度に依存しても水素濃度には殆
ど依存しないことが判っているので、燃料配管直列連結
の場合の上流側と下流側とで電極活性が顕著に変わるこ
とはない。そのため、電気的に並列に連結しても両スタ
ックで殆ど同じ電流が流れるので、電気的に並列に接続
する意義がない。むしろ、電気的に並列化することによ
り総電流上昇による配線ロスやインバータ容量増大など
の弊害が無視できないため、燃料配管３を直列に連結し
たスタック間では電気的に直列に接続した方が有利であ
る。In this case, even if they are electrically connected in series, the effective utilization rate is sufficiently reduced and there is no fear of hydrogen deficiency. In addition, since it is known that even if the electrode activity depends on the oxygen concentration, it hardly depends on the hydrogen concentration, the electrode activity does not significantly change between the upstream side and the downstream side in the case of the fuel pipe series connection. Therefore, even if they are electrically connected in parallel, almost the same current flows in both stacks, and there is no point in connecting electrically in parallel. Rather, since the electrical parallelization does not disregard the adverse effects such as the wiring loss and the increase in the inverter capacity due to the increase in the total current, it is advantageous to connect the fuel pipes 3 electrically in series between the stacks connected in series. is there.

【００２４】このように、燃料配管３を直列に連結した
ことで、コンパクト化が図れる上に、燃料実効利用率が
低減できて電池寿命の向上を図ることができ、しかも電
気的に直列に接続することにより、配線ロスやインバー
タ容量増大などの弊害を抑制することができる。As described above, by connecting the fuel pipes 3 in series, the fuel pipe 3 can be made compact, the effective fuel utilization can be reduced, the battery life can be improved, and the fuel pipes 3 can be electrically connected in series. By doing so, adverse effects such as wiring loss and increase in inverter capacity can be suppressed.

【００２５】ところで、燃料ガスをスタック間で直列に
流した場合、並列に流したときよりも電池内流路を流れ
るガス量が２倍になることによる流路圧損は、並列に流
したときよりも、各々のスタックで２倍弱の圧力損失に
なる。しかも直列に流すために、上流側に位置するスタ
ックのガス入口部では、並列に流しているときの圧力よ
りも４倍も高い圧力になってしまう。この様子を図３に
示す。並列に流した場合には、出口圧力が１６０ｍｍＡ
ｑで、流路圧損は各々のスタックで９０ｍｍＡｑであっ
たため、燃料入口では燃料ガスの圧力は２５０ｍｍＡｑ
にしかならない。これが、燃料配管３を直列に接続した
場合には、下流側流路圧損が１８０ｍｍＡｑになるため
に、下流側入口で燃料ガス圧力が３５０ｍｍＡｑにまで
上昇する。しかも上流側では、さらに高い流路圧損とな
る２５０ｍｍＡｑの圧損が生じてしまっていた。そのた
め、上流スタックの燃料入口では６００ｍｍＡｑにまで
圧力上昇してしまうことになった。燃料側において、上
流スタックでの圧損が下流スタックの圧損よりも大きく
なる理由は、図２に示すような水素の消費があるからで
ある。上流スタックでは、正味２スタック分の燃料ガス
が供給されるが、下流スタックでは、上流スタックでの
水素の消費があるために、ガス量が水素の消費分だけ減
少する。このために、流れるガス量が上流側の方が多く
なり、流路圧損は上流側の方が大きくなる。By the way, when the fuel gas is flowed in series between the stacks, the flow path pressure loss caused by doubling the amount of gas flowing through the flow path in the battery is greater than when flowing in parallel. Also results in less than twice the pressure loss in each stack. In addition, since the gas flows in series, the pressure at the gas inlet of the stack located on the upstream side is four times higher than the pressure at the time of flowing in parallel. This is shown in FIG. When flowing in parallel, the outlet pressure is 160 mmA
q, the flow path pressure loss was 90 mmAq in each stack, so the fuel gas pressure at the fuel inlet was 250 mmAq
I can only do it. When the fuel pipes 3 are connected in series, the pressure loss at the downstream flow path becomes 180 mmAq, so the fuel gas pressure at the downstream inlet rises to 350 mmAq. In addition, a pressure loss of 250 mmAq, which is a higher flow path pressure loss, has occurred on the upstream side. Therefore, the pressure at the fuel inlet of the upstream stack was increased to 600 mmAq. The reason why the pressure loss in the upstream stack is higher than the pressure loss in the downstream stack on the fuel side is that hydrogen is consumed as shown in FIG. In the upstream stack, fuel gas for two net stacks is supplied, but in the downstream stack, the amount of gas decreases by the amount of hydrogen consumption due to the consumption of hydrogen in the upstream stack. For this reason, the amount of flowing gas increases on the upstream side, and the flow path pressure loss increases on the upstream side.

【００２６】圧力上昇は、上述したように、マニホール
ドヘッダからのガス漏れ量増大の原因となり、またマニ
ホールドヘッダの強度を高くするためのコスト増を招く
ため、できるだけ低い圧力での運転が望ましい。As described above, the increase in pressure causes an increase in the amount of gas leakage from the manifold header, and also increases the cost for increasing the strength of the manifold header. Therefore, it is desirable to operate at a pressure as low as possible.

【００２７】こうした現象を考慮して、本実施の形態１
では、燃料配管３の上流側の流路断面積を下流側の２倍
の面積に拡大させた。その結果、図５に示すような圧力
低減が得られた。すなわち、上流側の燃料配管３の流路
断面積を２倍にすることのより、上流側の圧力損失を１
／４に減少させることができた。流路断面積は、電池電
極内での電気的な接触面積やガス拡散に関わる要因に影
響を及ぼすため、むやみには大きくはできないが、より
効率的に圧損低減を行うためには、燃料側においては、
上流側の流路断面積を拡大するのが効果的である。In consideration of such a phenomenon, the present embodiment 1
Then, the cross-sectional area of the flow path on the upstream side of the fuel pipe 3 was increased to twice the area of the downstream side. As a result, a pressure reduction as shown in FIG. 5 was obtained. That is, by doubling the cross-sectional area of the flow path of the fuel pipe 3 on the upstream side, the pressure loss on the upstream side is reduced by one.
/ 4. The cross-sectional area of the flow channel cannot be unnecessarily large because it affects factors related to the electric contact area and gas diffusion in the battery electrode, but to reduce pressure loss more efficiently, In
It is effective to increase the cross-sectional area of the flow path on the upstream side.

【００２８】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２による中、大容量燃料電池発電装置を示す概略構成図
である。図３において、中、大容量燃料電池発電装置は
２つの燃料電池スタック１−ａ、１−ｂを備え、これら
の燃料電池スタック１−ａ、１−ｂは、空気配管２を直
列に連結し、燃料配管３を並列に接続した上で、電気的
に並列に接続されており、空気側の配管の引き回し空間
を低減することができる。図３の（ａ）は空気配管及び
燃料配管の接続方法を表したものであり、図３の（ｂ）
は各々のスタックの電気的な接続方法を表したものであ
る。Embodiment 2 FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a large-capacity fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, the middle and large-capacity fuel cell power generator includes two fuel cell stacks 1-a and 1-b, and these fuel cell stacks 1-a and 1-b connect air pipes 2 in series. After the fuel pipes 3 are connected in parallel, they are electrically connected in parallel, so that the space for routing the pipes on the air side can be reduced. FIG. 3A shows a method of connecting the air pipe and the fuel pipe, and FIG.
Represents an electrical connection method of each stack.

【００２９】次にその動作原理について説明する。ま
ず、「電気化学誌第６４巻６号」に記載されているよう
に、燃料電池の面内の反応分布に関する発明者らの研究
により、セル面内において電流密度分布が存在している
ことが明らかにされている。その様子を図９に示す。図
９は燃料電池セル面内を、短冊状に空気入口から空気出
口まで十分割し、その短冊領域内の各々の電流密度分布
を計算したものである。すなわち、セル全体の平均電流
密度で３００ｍＡ／ｃｍ2で動作している燃料電池セル
においては、空気入口領域では、平均値の１．５倍の４
５０ｍＡ／ｃｍ2まで電流密度が増大しており、空気出
口領域では、平均値の２／３倍の２００ｍＡ／ｃｍ2に
減少していることが示されている。この図９は燃料利用
率８０％、空気利用率６０％で動作させた場合の電流密
度分布である。空気利用率が更に高くなった場合には、
酸素濃度の勾配が増大するため、さらに電流密度分布が
大きく（空気入口と出口の電流密度の差が拡大）なる特
徴がある。Next, the principle of operation will be described. First, as described in “Electrochemical Chemistry Vol. 64, No. 6,” the present inventors have studied on the in-plane reaction distribution of a fuel cell and found that a current density distribution exists in the cell plane. It has been revealed. This is shown in FIG. FIG. 9 shows the result of calculating the current density distribution in the strip region by sufficiently dividing the fuel cell surface from the air inlet to the air outlet in a strip shape. That is, in the fuel cell operating at 300 mA / cm 2 at the average current density of the entire cell, the air inlet region has an average current density of 1.5 times the average value.
50 mA / cm 2 and the current density is increased up to, in the air outlet area, has been shown to be reduced to 2/3 of 200 mA / cm 2 in average. FIG. 9 shows a current density distribution when the fuel cell is operated at a fuel utilization of 80% and an air utilization of 60%. If the air utilization rate is even higher,
Since the gradient of the oxygen concentration increases, the current density distribution is further increased (the difference between the current density at the air inlet and the current density at the outlet increases).

【００３０】こうした電流密度分布が生じる原因は、燃
料電池電極の活性が酸素濃度に大きく依存することにあ
る。空気入口から供給された空気は、セル内部の反応に
より酸素が消費されていき、酸素濃度が低下している。
酸素濃度の低下は空気入口から空気出口に向かう勾配を
作り、空気入口ほど酸素濃度が高く、空気出口ほど酸素
濃度が小さくなっている。電極活性が酸素濃度に依存す
るため、空気入口は電極活性が高く、空気出口は電極活
性が低くなる。セル面内では、電気的に並列接続された
無数のメッシュセルの接続回路として見ることができ、
並列回路のため、セル面内を構成する全てのメッシュセ
ルの電位は等電位に保持される。活性が異なる電池を並
列に接続した場合、活性の高い電池に流れる電流が大き
く、活性の低い電池に流れる電流が小さくなって平衡化
する。そのために、図９に示すような電流密度分布が発
生すると説明できる。The cause of such a current density distribution is that the activity of the fuel cell electrode greatly depends on the oxygen concentration. In the air supplied from the air inlet, oxygen is consumed by the reaction inside the cell, and the oxygen concentration is decreasing.
The decrease in the oxygen concentration forms a gradient from the air inlet to the air outlet. The oxygen concentration is higher at the air inlet and smaller at the air outlet. Since the electrode activity depends on the oxygen concentration, the air inlet has a high electrode activity and the air outlet has a low electrode activity. In the cell plane, it can be seen as a connection circuit of countless mesh cells electrically connected in parallel,
Because of the parallel circuit, the potentials of all the mesh cells constituting the cell plane are kept at the same potential. When batteries having different activities are connected in parallel, the current flowing in the battery having a high activity is large, and the current flowing in the battery having a low activity is small, and the batteries are balanced. Therefore, it can be explained that a current density distribution as shown in FIG. 9 occurs.

【００３１】こうした現象は、単一スタック内でのセル
面内においてばかりでなく、複数のスタックに空気配管
２を直列に接続した場合にも起こる。図３に示すよう
に、２台のスタックの空気配管を直列に連結させて空気
を直列に流した場合、上流側のスタックでは酸素濃度が
高く、下流側のスタックでは酸素濃度が低くなる。も
し、従来例に示されているように、この状態で各々のス
タックを電気的にも直列に接続した場合、直列接続のた
め同じ電流が両スタックに流れることになる。上述した
ように、電極活性が酸素濃度に依存する性質を持ってい
るため、電極活性の低い下流スタックと電極活性の高い
上流スタックとに、同じ電流が流されてしまうことにな
る。そのために下流側のスタックが過負荷状態となり、
下流側のスタックで過剰に特性低下が起きてしまう。こ
のように、電極活性が酸素濃度に依存するという基本的
な性質を無視した場合、発電効率にも寿命特性にも悪影
響を及ぼすことになる。Such a phenomenon occurs not only in the cell plane in a single stack but also when the air pipes 2 are connected in series to a plurality of stacks. As shown in FIG. 3, when the air pipes of the two stacks are connected in series and air flows in series, the oxygen concentration is high in the upstream stack and low in the downstream stack. If the respective stacks are electrically connected in series in this state as shown in the conventional example, the same current will flow through both stacks because of the series connection. As described above, since the electrode activity has a property of being dependent on the oxygen concentration, the same current flows through the downstream stack having a low electrode activity and the upstream stack having a high electrode activity. As a result, the downstream stack becomes overloaded,
Excessive degradation of characteristics occurs in the stack on the downstream side. As described above, when the basic property that the electrode activity depends on the oxygen concentration is ignored, the power generation efficiency and the life characteristics are adversely affected.

【００３２】そのため、酸素濃度の低い下流側では電流
が小さく、酸素濃度が高い上流側では電流が大きくなる
ようにして、適正な電流密度分配がなされるようにする
必要がある。こうしたことから、本実施の形態２のよう
に、各々のスタックを電気的に並列に接続して、酸素濃
度に見合った電流負担がなされるように電気的に接続し
て、下流側の過負荷を防止する。For this reason, it is necessary that the current is small on the downstream side where the oxygen concentration is low and that the current is large on the upstream side where the oxygen concentration is high, so that appropriate current density distribution is performed. For this reason, as in the second embodiment, the respective stacks are electrically connected in parallel, and are electrically connected so that a current load corresponding to the oxygen concentration is provided, and the overload on the downstream side is performed. To prevent

【００３３】次に、その効果について説明する。図４に
小型セルによる比較評価試験の結果の一例を示す。図４
では、２台の小型セルを用いて空気配管２を直列に連結
し、燃料配管３は並列に接続したものであり、従来例の
ように電気的に直列に接続した場合と、本実施の形態１
のように電気的に並列に接続した場合との、２台のセル
の電圧の経時変化を示すものである。図４から明らかな
ように、空気配管２を直列に連結した上で電気的に直列
に接続した場合には、下流側のセルは過負荷が掛かって
いるために電圧の低下が大きく寿命特性が低い。そのた
め、全体の平均電圧の低下が電気的に直列に接続した場
合は早くなる。本実施の形態２のように並列に接続した
場合は、酸素濃度に見合った負荷しか掛からないため、
過負荷にならず下流セルの特性低下を防ぐことができて
いることが確認された。Next, the effect will be described. FIG. 4 shows an example of the result of a comparative evaluation test using a small cell. FIG.
In this example, two small cells are used to connect the air pipes 2 in series, and the fuel pipes 3 are connected in parallel. 1
5 shows changes over time in the voltages of two cells when electrically connected in parallel as shown in FIG. As is clear from FIG. 4, when the air pipes 2 are connected in series and then electrically connected in series, the downstream cells are overloaded, so that the voltage is greatly reduced and the life characteristics are reduced. Low. Therefore, the decrease in the average voltage of the entire device becomes faster when the devices are electrically connected in series. When connected in parallel as in the second embodiment, only a load corresponding to the oxygen concentration is applied.
It was confirmed that the overload did not occur, and that the characteristics of the downstream cells could be prevented from deteriorating.

【００３４】ところで、空気ガスをスタック間で直列に
流した場合、空気側においては、下式に示すように電池
反応によって発生した水蒸気が酸素の消費を上回って発
生するために、下流になるほど流量が増えるという現象
がある。下式に示すように１／２モルの酸素が消費され
て１モルの水蒸気になることにより、酸素の消費量の２
倍の水蒸気量の発生を伴うため、空気排ガス量が増大す
るわけである。By the way, when air gas is flowed in series between the stacks, on the air side, as the water vapor generated by the cell reaction exceeds the consumption of oxygen as shown in the following equation, the flow rate becomes lower toward the downstream side. There is a phenomenon that increases. As shown in the following equation, 1/2 mole of oxygen is consumed to become 1 mole of water vapor, thereby reducing oxygen consumption by 2%.
Since the amount of water vapor is doubled, the amount of air exhaust gas increases.

【００３５】２Ｈ+＋１／２Ｏ2＝Ｈ2Ｏ 圧力上昇は、上述したように、マニホールドヘッダから
のガス漏れ量増大の原因となり、またマニホールドヘッ
ダの強度を高くするためのコスト増を招くため、できる
だけ低い圧力での運転が望ましい。2H + + 1 / 2O 2 = H 2 O As described above, an increase in the pressure causes an increase in gas leakage from the manifold header and an increase in cost for increasing the strength of the manifold header. Operation at the lowest possible pressure is desirable.

【００３６】従って、本実施の形態２のように、空気配
管２を直列に接続した場合には、下流側の流路断面積を
拡大する方が、ガス圧を減少させる上で効果的であるこ
とが判る。Therefore, when the air pipes 2 are connected in series as in the second embodiment, it is more effective to increase the cross-sectional area of the downstream flow path in order to reduce the gas pressure. You can see that.

【００３７】実施の形態３．なお、上記実施の形態１で
は、燃料配管３を直列に連結し空気配管２を並列に接続
した上で、電気的に直列に接続する場合について、また
上記実施の形態２では、空気配管２を直列に連結して燃
料配管３は並列に接続した上で、電気的に並列に接続す
る場合について、それぞれ述べたが、本発明の実施の形
態３では、この２つの方式を組み合わせて、図６に示す
ように、空気配管２も燃料配管３も直列に連結するよう
にしたので、空気側の配管も燃料側の配管も両方ともそ
の引き回し空間を低減することができ、さらにコンパク
ト化を図ることができる。Embodiment 3 In the first embodiment, the fuel pipe 3 is connected in series, the air pipe 2 is connected in parallel, and then the fuel pipe 3 is electrically connected in series. In the second embodiment, the air pipe 2 is connected in series. The case where the fuel pipes 3 are connected in series and the fuel pipes 3 are connected in parallel and then electrically connected in parallel has been described. In the third embodiment of the present invention, however, the two methods are combined and shown in FIG. As shown in (2), both the air pipe 2 and the fuel pipe 3 are connected in series, so that both the air-side pipe and the fuel-side pipe can reduce the routing space, thereby achieving further compactness. Can be.

【００３８】図６において、１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、
１−ｄは燃料電池スタックを表す。図６の（ａ）は空気
配管２及び燃料配管３の接続方法を表したものであり、
図６の（ｂ）は各々のスタックの電気的な接続方法を表
したものである。In FIG. 6, 1-a, 1-b, 1-c,
1-d represents a fuel cell stack. FIG. 6A shows a method of connecting the air pipe 2 and the fuel pipe 3.
FIG. 6B shows an electrical connection method of each stack.

【００３９】次にその動作について説明する。空気配管
３を直列に接続するため、前記実施の形態２で述べたよ
うに連結した各々のスタックについては電気的に並列に
接続する。この連結スタックを２系列並べて燃料配管３
を空気上流と空気下流に分けて並列に供給した上で、空
気上流同士、空気下流同士のスタック群の燃料配管３を
直列に連結し、電気的にも直列に接続している。Next, the operation will be described. In order to connect the air pipes 3 in series, each connected stack is electrically connected in parallel as described in the second embodiment. The fuel pipe 3
Are divided into upstream air and downstream air and supplied in parallel, and the fuel pipes 3 of the stack group of upstream air and downstream air are connected in series and electrically connected in series.

【００４０】このような接続をとることで、実施の形態
１と実施の形態２に示す効果を持たせた上で、さらにコ
ンパクト化を図ることができる。By making such a connection, it is possible to achieve the effects described in the first and second embodiments and to further reduce the size.

【００４１】[0041]

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、次のような優れた効果が達成されるものである。As is clear from the above, according to the present invention, the following excellent effects are achieved.

【００４２】請求項１の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、燃料配
管を直列に接続したスタック間の上流スタックまたは上
流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタ
ックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積
よりも大きくしたので、上流側の燃料ガスの圧力損失を
効率的に減少させることができ、耐圧性の高い燃料配管
を用いなくてもよいため、低コスト化を図ることができ
る。According to the first aspect of the present invention, the fuel gas and the air are supplied to the fuel cell stack by connecting the fuel pipes and the air pipes of the fuel cell stack group in a combination of series and parallel. Group electrical connection,
Combination of parallel and series according to the connection method of fuel pipe and air pipe enables connection without causing excessive pressure loss and current capacity increase, and prevents deterioration of cell characteristics Therefore, by optimizing the electrical connection between the stacks, the power generation device can be made compact without lowering the power generation efficiency and reliability. Furthermore, since the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group between the stacks in which the fuel pipes are connected in series is made larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the downstream stack or the downstream stack group, The pressure loss of the fuel gas on the upstream side can be efficiently reduced, and it is not necessary to use a fuel pipe having high pressure resistance, so that the cost can be reduced.

【００４３】請求項２の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、空気配
管を直列に接続したスタック間の下流スタックまたは下
流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、上流スタ
ックまたは上流スタック群の電池内空気ガス流路断面積
よりも大きくしたので、空気側において、電池反応によ
って発生した水蒸気が酸素の消費を上回って発生するた
めに、下流になるほど流量が増えるという現象に効率的
に対処することができ、耐圧性の高い空気配管を用いな
くてもよいため、低コスト化を図ることができる。According to the second aspect of the present invention, the fuel gas and air are supplied to the fuel cell stack by connecting the fuel pipes and the air pipes of the fuel cell stack group in a combination of series and parallel. Group electrical connection,
Combination of parallel and series according to the connection method of fuel pipe and air pipe enables connection without causing excessive pressure loss and current capacity increase, and prevents deterioration of cell characteristics Therefore, by optimizing the electrical connection between the stacks, the power generation device can be made compact without lowering the power generation efficiency and reliability. Furthermore, since the cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the downstream stack or the downstream stack group between the stacks in which the air pipes are connected in series is larger than the cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group, On the air side, since the water vapor generated by the battery reaction exceeds the consumption of oxygen, it is possible to efficiently cope with the phenomenon that the flow rate increases toward the downstream side without using a pressure-resistant air pipe. Therefore, cost reduction can be achieved.

【００４４】請求項３の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、燃料配
管を直列に接続したスタック間の上流スタックまたは上
流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタ
ックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積
よりも大きくすると共に、空気配管を直列に接続したス
タック間の下流スタックまたは下流スタック群の電池内
空気ガス流路断面積を、上流スタックまたは上流スタッ
ク群の電池内空気ガス流路断面積よりも大きくしたの
で、上述したと同様の理由により、耐圧性の高い燃料配
管や空気配管を用いなくてもよいため、一層の低コスト
化を図ることができる。According to the third aspect of the present invention, the fuel gas and air are supplied to the fuel cell stack by connecting the fuel pipes and the air pipes of the fuel cell stack group in a combination of series and parallel. Group electrical connection,
Combination of parallel and series according to the connection method of fuel pipe and air pipe enables connection without causing excessive pressure loss and current capacity increase, and prevents deterioration of cell characteristics Therefore, by optimizing the electrical connection between the stacks, the power generation device can be made compact without lowering the power generation efficiency and reliability. Further, the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group between the stacks in which the fuel pipes are connected in series is made larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the cell of the downstream stack or the downstream stack group, Since the cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the downstream stack or the downstream stack group between the stacks in which the air pipes are connected in series is made larger than the cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group, For the same reason as described above, it is not necessary to use a fuel pipe or an air pipe having high pressure resistance, so that the cost can be further reduced.

【００４５】請求項４の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの空気配管を直列
に接続すると共に燃料配管を並列に接続し、しかもそれ
らの燃料電池スタックを電気的には並列に接続したの
で、下流側のセル（下流側燃料電池スタック）には、酸
素濃度に見合った負荷しか掛からないため過負荷になら
ず、下流側のセルの特性低下を防ぐことができる。According to the invention of claim 4, the fuel cell stack group is composed of two fuel cell stacks as a minimum unit, and the air pipes of these fuel cell stacks are connected in series and the fuel pipes are connected in parallel. And the fuel cell stacks are electrically connected in parallel, so that only a load commensurate with the oxygen concentration is applied to the cells on the downstream side (downstream fuel cell stack), so that there is no overload. In addition, it is possible to prevent the characteristics of the downstream cells from deteriorating.

【００４６】請求項５の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの燃料配管を直列
に接続する共に空気配管を並列に接続し、しかもそれら
の燃料電池スタックを電気的には直列に接続したので、
装置全体のコンパクト化が図れる上に、燃料実効利用率
を低減できて電池寿命の向上を図ることができ、しかも
燃料電池スタックを電気的に直列に接続することにより
配線ロスやインバータ容量増大などの弊害を抑制するこ
とができる。According to the invention of claim 5, the fuel cell stack group is composed of two fuel cell stacks as a minimum unit, and the fuel pipes of these fuel cell stacks are connected in series and the air pipes are connected in parallel. And the fuel cell stacks were electrically connected in series,
In addition to reducing the size of the entire system, the effective fuel utilization rate can be reduced and the battery life can be improved, and by connecting the fuel cell stack electrically in series, wiring loss and inverter capacity increase can be reduced. The adverse effects can be suppressed.

【００４７】請求項６の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、４台の燃料電池スタックより
構成され、各燃料電池スタックの燃料配管と空気配管を
格子状に接続し、しかも前記空気配管を直列に接続した
燃料電池スタックは電気的に並列に接続し、前記燃料配
管を直列に接続した燃料電池スタックは電気的に直列に
接続したので、装置全体の更なるコンパクト化を図るこ
とができる。According to the invention of claim 6, the fuel cell stack group is composed of four fuel cell stacks as a minimum unit, and connects the fuel pipes and the air pipes of each fuel cell stack in a grid. The fuel cell stack in which the air pipes are connected in series is electrically connected in parallel, and the fuel cell stack in which the fuel pipes are connected in series is electrically connected in series, thereby further reducing the size of the entire apparatus. be able to.

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

【図１】 本発明の実施の形態１による中、大容量燃料
電池発電装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a large-capacity fuel cell power generator according to Embodiment 1 of the present invention.

【図２】 本発明による燃料実効利用率低減効果を示す
グラフである。FIG. 2 is a graph showing the effect of reducing the effective fuel utilization rate according to the present invention.

【図３】 本発明の実施の形態２による中、大容量燃料
電池発電装置の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a large-capacity fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention.

【図４】 実施の形態２の従来例と比較した効果を示す
グラフである。FIG. 4 is a graph showing an effect of the second embodiment as compared with a conventional example.

【図５】 実施の形態２による効果を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing an effect according to the second embodiment.

【図６】 本発明の実施の形態３による中、大容量燃料
電池発電装置の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a large-capacity fuel cell power generator according to Embodiment 3 of the present invention.

【図７】 従来の中、大容量燃料電池発電装置の概略構
成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional large-capacity fuel cell power generator.

【図８】 従来の他の中、大容量燃料電池発電装置の概
略構成図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional large-capacity fuel cell power generator.

【図９】 従来の中、大容量燃料電池発電装置の動作原
理を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an operation principle of a conventional large-capacity fuel cell power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄ 燃料電池スタック、
２ 空気配管、３ 燃料配管。1-a, 1-b, 1-c, 1-d fuel cell stack,
2 Air piping, 3 fuel piping.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 複数台の燃料電池スタックを接続してな
る燃料電池スタック群により構成される燃料電池発電装
置において、 前記スタック群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列
と並列とを組み合わせて連結して燃料ガス及び空気を前
記燃料電池スタックに供給し、しかも前記スタック群の
電気的接続を前記燃料配管及び空気配管の接続方法に対
応させて並列と直列の組み合わせにより構成し、前記燃
料配管を直列に接続したスタック間の上流スタックまた
は上流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流
スタックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断
面積よりも大きくしたことを特徴とする中、大容量燃料
電池発電装置。1. A fuel cell power generation device comprising a fuel cell stack group formed by connecting a plurality of fuel cell stacks, wherein the connection of fuel pipes and air pipes of the stack group is performed by combining a series connection and a parallel connection. The fuel pipes are connected to supply fuel gas and air to the fuel cell stack, and the electrical connection of the stack group is configured by a combination of parallel and series in accordance with the connection method of the fuel pipes and the air pipes. Wherein the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group between the stacks connected in series is made larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the downstream stack or the downstream stack group. , Large capacity fuel cell power generator. 【請求項２】 複数台の燃料電池スタックを接続してな
る燃料電池スタック群により構成される燃料電池発電装
置において、 前記スタック群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列
と並列とを組み合わせて連結して燃料ガス及び空気を前
記燃料電池スタックに供給し、しかも前記スタック群の
電気的接続を前記燃料配管及び空気配管の接続方法に対
応させて並列と直列の組み合わせにより構成し、前記空
気配管を直列に接続したスタック間の下流スタックまた
は下流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、上流
スタックまたは上流スタック群の電池内燃料ガス流路断
面積よりも大きくしたことを特徴とする中、大容量燃料
電池発電装置。2. A fuel cell power generation apparatus comprising a fuel cell stack group formed by connecting a plurality of fuel cell stacks, wherein the connection of fuel pipes and air pipes of the stack group is performed by combining series and parallel connections. The fuel cell stack is connected to supply fuel gas and air to the fuel cell stack, and furthermore, the electric connection of the stack group is constituted by a combination of parallel and series according to the connection method of the fuel pipe and the air pipe, and the air pipe Wherein the cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the downstream stack or the downstream stack group between the stacks connected in series is made larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the upstream stack group. , Large capacity fuel cell power generator. 【請求項３】 複数台の燃料電池スタックを接続してな
る燃料電池スタック群により構成される燃料電池発電装
置において、 前記スタック群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列
と並列とを組み合わせて連結して燃料ガス及び空気を前
記燃料電池スタックに供給し、しかも前記スタック群の
電気的接続を前記燃料配管及び空気配管の接続方法に対
応させて並列と直列の組み合わせにより構成し、前記燃
料配管を直列に接続したスタック間の上流スタックまた
は上流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流
スタックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断
面積よりも大きくすると共に、前記空気配管を直列に接
続したスタック間の下流スタックまたは下流スタック群
の電池内空気ガス流路断面積を、上流スタックまたは上
流スタック群の電池内空気ガス流路断面積よりも大きく
したことを特徴とする中、大容量燃料電池発電装置。3. A fuel cell power generator comprising a fuel cell stack group formed by connecting a plurality of fuel cell stacks, wherein the fuel pipes and the air pipes of the stack group are connected in series and in parallel. The fuel pipes are connected to supply fuel gas and air to the fuel cell stack, and the electrical connection of the stack group is configured by a combination of parallel and series in accordance with the connection method of the fuel pipes and the air pipes. The cross-sectional area of the fuel gas flow path in the battery of the upstream stack or the group of the upstream stacks between the stacks connected in series is made larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path in the cell of the downstream stack or the group of the downstream stacks, and the air piping is The cross-sectional area of the air gas flow path in the battery of the downstream stack or downstream stacks between the stacks connected in series is compared with the upstream stack or upstream stack. While it characterized by being larger than the battery in the air gas flow path cross-sectional area of the click group, large fuel cell power plant. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の中、
大容量燃料電池発電装置において、前記燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの空気配管を直列
に接続すると共に燃料配管を並列に接続し、しかもそれ
らの燃料電池スタックを電気的には並列に接続したこと
を特徴とする中、大容量燃料電池発電装置。4. The method according to claim 1, wherein
In the large-capacity fuel cell power generator, the fuel cell stack group is composed of two fuel cell stacks as a minimum unit, and the air pipes of these fuel cell stacks are connected in series and the fuel pipes are connected in parallel. In addition, a large-capacity fuel cell power generator is characterized in that the fuel cell stacks are electrically connected in parallel. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載の中、
大容量燃料電池発電装置において、前記燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの燃料配管を直列
に接続する共に空気配管を並列に接続し、しかもそれら
の燃料電池スタックを電気的には直列に接続したことを
特徴とする中、大容量燃料電池発電装置。5. The method according to claim 1, wherein:
In the large-capacity fuel cell power generator, the fuel cell stack group is composed of two fuel cell stacks as a minimum unit, and the fuel pipes of these fuel cell stacks are connected in series and the air pipes are connected in parallel. In addition, a large-capacity fuel cell power generator is characterized in that the fuel cell stacks are electrically connected in series. 【請求項６】 請求項１乃至３のいずれかに記載の中、
大容量燃料電池発電装置において、前記燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、４台の燃料電池スタックより
構成され、各燃料電池スタックの燃料配管と空気配管を
格子状に接続し、しかも前記空気配管を直列に接続した
燃料電池スタックは電気的に並列に接続し、前記燃料配
管を直列に接続した燃料電池スタックは電気的に直列に
接続したことを特徴とする中、大容量燃料電池発電装
置。6. The method according to claim 1, wherein:
In the large-capacity fuel cell power generator, the fuel cell stack group is composed of four fuel cell stacks as a minimum unit, and a fuel pipe and an air pipe of each fuel cell stack are connected in a grid pattern. And a fuel cell stack in which the fuel pipes are connected in series, and a fuel cell stack in which the fuel pipes are connected in series is electrically connected in series.
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