KR20120024977A - 연료 전지 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제)
부분 부하 운전시의 운전 조건을 개선한 연료 전지 장치를 제공한다.
(해결 수단)
연료가스와 산소 함유 가스로 발전을 행하는 연료 전지 셀을 전기적으로 접속해서 이루어지는 셀 스택과, 연료 전지 셀에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급부와, 연료 전지 셀에서 발전한 전류의 외부 부하로의 공급량을 조정하는 전력 조정부와, 연료가스 공급부 및 전력 조정부 각각을 제어하는 제어 장치를 구비하는 연료 전지 장치로서, 제어 장치는 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중에 셀 스택에 공급하는 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에, 셀 스택의 연료 이용률과 셀 스택이 발전하는 전류량의 관계가 비직선이 되도록 연료가스 공급부 및 전력 조정부를 제어함으로써 연료 전지 장치의 운전 제어에 있어서 효율적으로 부분 부하 운전을 행할 수 있다.

Description

연료 전지 장치{FUEL CELL DEVICE}
본 발명은 외장 케이스 내에 연료 전지 셀을 수납해서 이루어지는 연료 전지 장치에 관한 것이다.
최근, 차세대 에너지로서 연료가스(수소 함유 가스)와 공기(산소 함유 가스)를 이용하여 전력을 얻을 수 있는 연료 전지 셀을 복수 개 배열해서 이루어지는 셀 스택을 수납 용기 내에 수납해서 이루어지는 연료 전지 모듈이 제안되고 있다. 또한, 연료 전지 모듈을 외장 케이스 내에 수납해서 이루어지는 연료 전지 장치가 다양하게 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
이러한 연료 전지로서는 고체 고분자형(PEFC), 용융 탄산염형(MCFC), 인산형(PAFC), 고체 산화물형(SOFC) 등 여러 종류가 알려져 있지만, 특히 고체 산화물형 연료 전지는 가정용으로서 사용할 경우에 부분 부하에 용이하게 추종할 수 있는 특성을 갖고 있다.
그런데, 부분 부하 운전 중에 있어서는 셀 스택(연료 전지 셀)에 공급되는 연료가스의 양을 저하시키는 것이 일반적으로 알려져 있고, 이 부분 부하 운전 중의 연료 전지 장치의 운전 방법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 2007-59377호 공보 일본 특허 공개 2006-24478호 공보
연료 전지 장치의 정격 운전 중에 있어서는, 셀 스택의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)을 일정한 값으로 유지함으로써 효율이 좋은 운전을 행할 수 있다.
한편, 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중에 있어서는 외부 부하에 따라서 셀 스택의 연료 이용률과 전류량(발전량)이 변동하게(정격 운전 중과 비교하면 저하하게) 된다. 이 경우, 셀 스택의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계를 밸런스 좋게 제어하지 않으면, 연료 전지 장치의 발전 효율이 저하될 우려나 부하 추종 특성이 저하될 우려가 있었다.
그러므로, 본 발명에 있어서는 부분 부하 운전을 행하는 연료 전지 장치에 있어서 부분 부하 운전 중의 운전 조건을 개선한 연료 전지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 연료 전지 장치는 연료가스와 산소 함유 가스로 발전을 행하는 연료 전지 셀의 복수 개를 전기적으로 접속해서 이루어지는 셀 스택과, 연료 전지 셀에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급부와, 연료 전지 셀에서 발전한 전류의 외부 부하로의 공급량을 조정하는 전력 조정부와, 연료가스 공급부 및 전력 조정부 각각을 제어하는 제어 장치를 구비하는 연료 전지 장치로서, 제어 장치는 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중이며 또한 셀 스택에 공급하는 연료가스가 발전에 필요한 최저 유량 이상일 경우에 셀 스택의 연료 이용률과 셀 스택이 발전하는 전류량의 관계가 비직선이 되도록 연료가스 공급부 및 전력 조정부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
본 발명의 연료 전지 장치에 의하면 효율적으로 부분 부하 운전을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연료 전지 장치를 구비하는 연료 전지 시스템의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 연료 전지 장치에 있어서의 셀 스택의 연료 이용률과 외부 부하의 요구에 따라서 셀 스택이 발전하는 전류량의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 연료 전지 장치에 있어서의 셀 스택의 연료 이용률과 외부 부하의 요구에 따라서 셀 스택이 발전하는 전류량의 관계의 다른 예를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 연료 전지 장치에 있어서의 셀 스택의 연료 이용률과 외부 부하의 요구에 따라서 셀 스택이 발전하는 전류량의 관계의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 연료 전지 장치의 일례에 대해서 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1에 나타내는 연료 전지 시스템은 발전을 행하는 발전 유닛과, 열 교환 후의 탕수(湯水)를 저탕(貯湯)하는 저탕 유닛과, 이들 유닛간에 물을 순환시키기 위한 순환 배관으로 구성되어 있다.
도 1에 나타내는 발전 유닛은 복수 개의 연료 전지 셀(도시하지 않음)을 전기적으로 접속하고 배열해서 이루어지는 셀 스택(1)과, 천연 가스 등의 원연료를 공급하기 위한 원연료 공급부(2)와, 셀 스택(1)을 구성하는 연료 전지 셀에 산소 함유 가스를 공급하기 위한 산소 함유 가스 공급부(3)와, 원연료와 수증기에 의해 수증기 개질 반응을 행하는 개질기(4)를 구비하고 있다. 개질기(4)는 후술하는 물펌프(5)에 의해 공급되는 순수(純水)를 기화하여 원연료 공급부(2)로부터 공급된 원연료와 수증기를 혼합하기 위한 기화부(도시하지 않음)와, 내부에 개질 촉매를 구비하고 혼합된 원연료와 수증기를 반응시켜서 연료가스(수소 함유 가스)를 생성하기 위한 개질부(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 그것에 의해 개질기(4)에서 생성된 연료가스와 산소 함유 가스 공급부(3)에 의해 공급되는 산소 함유 가스로 연료 전지 셀[셀 스택(1)]의 발전이 행하여진다. 또한, 연료가스 공급부는 적어도 원연료 공급부(2)를 포함하고 있다.
셀 스택(1)이나 개질기(4)는 수납 용기 내에 수납되어 있고, 연료 전지 모듈(이하, 모듈로 약기하는 경우가 있다)을 구성하게 되어 있다. 또한, 도 1에 있어서는 연료 전지 모듈을 구성하는 각 장치류를 이점 쇄선에 의해 둘러싸서 나타내고 있고, 모듈을 M으로 나타내고 있다. 단, 개질기(4)는 수납 용기 밖에 설치해도 상관없다.
여기에서, 모듈(M)에 대하여 설명한다. 모듈(M)로서는 이미 알려져 있는 연료 전지 모듈을 사용할 수 있다. 예를 들면, 수납 용기 내에 내부를 가스가 유통하는 가스 유로를 갖는 기둥 형상의 연료 전지 셀을 세워서 설치시킨 상태로 배열하고, 인접하는 연료 전지 셀 사이에 집전(集電) 부재를 통해서 전기적으로 직렬로 접속해서 셀 스택(1)을 구성하고 있다. 그리고, 연료 전지 셀의 하단을 유리 밀봉재 등의 절연성 접합재에 의해 연료가스실에 고정해서 이루어지는 셀 스택 장치와, 연료 전지 셀의 상방에 배치되어 연료 전지 셀에 연료가스를 공급하기 위한 개질기(4)를 수납해서 구성된다.
셀 스택(1)을 구성하는 연료 전지 셀로서는 각종 연료 전지 셀이 알려져 있지만, 부분 부하 운전(부하 추종 운전)을 행함에 있어서 고체 산화물형 연료 전지 셀로 할 수 있다. 또한, 셀 스택(1)을 구성하는 연료 전지 셀을 고체 산화물형 연료 전지 셀로 함으로써 연료 전지 셀의 동작에 필요한 보조 기계류를 소형화할 수 있기 때문에 연료 전지 장치(22)를 소형화할 수 있다.
또한, 연료 전지 셀의 형상으로서는 평판형이나 원통형 등 각종 형상의 연료 전지 셀을 사용할 수 있지만 효율적으로 연료 전지 셀의 발전을 행하는 점에서 중공평판형 연료 전지 셀로 할 수 있다. 이러한 중공평판형 연료 전지 셀로서는 내측에 연료극층이, 외측에 산소극층이 형성된 연료극 지지 타입의 중공평판형 연료 전지 셀을 사용할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 발전 유닛에 있어서는 셀 스택(1)을 구성하는 연료 전지 셀의 발전에 의해 생성된 배기가스(배기 열)와 순환 배관(13)을 흐르는 물로 열 교환을 행하는 열 교환기(6)와, 열 교환에 의해 생성된 응축수를 정화하기(바람직하게는 순수를 생성하기) 위한 응축수 정화 장치(7)와, 열 교환기(6)에서 생성된 응축수를 응축수 정화 장치(7)에 공급하기 위한 응축수 공급관(15)이 설치되어 있다. 응축수 정화 장치(7)에 의해 처리된 응축수는 탱크 연결관(16)에 의해 연결된 물탱크(8)에 저수된 후, 물펌프(5)에 의해 개질기(4)(기화부, 도시 생략)에 공급된다. 또한, 응축수 정화 장치(7)에 물탱크의 기능을 갖게 함으로써 물탱크(8)를 생략할 수도 있다.
또한, 도 1에 나타내는 발전 유닛은 연료 전지 셀에 의해 발전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 변환한 교류 전력의 외부 부하로의 공급량을 조정하기 위한 전력 조정부(9)와, 열 교환기(6)의 출구에 설치되어 열 교환기(6)의 출구를 흐르는 물(순환수류)의 수온을 측정하기 위한 출구 수온 센서(11)와, 제어 장치(10)와, 순환 배관(13) 내에서 물을 순환시키는 순환 펌프(12)를 구비하고 있다. 그리고, 연료 전지 장치는 적어도 셀 스택(1), 제어 장치(10), 연료 전지 셀에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급부, 및 연료 전지 셀에서 발전한 전류의 외부 부하로의 공급량을 조정하는 전력 조정부를 포함해서 구성되어 있다.
또한, 도 1에 있어서 전력 조정부(9)와 외부 부하의 접속은 생략해서 나타내고 있고, 전력 조정부(9)로서는 파워 컨디셔너(파워컨)를 예시할 수 있다. 그리고, 이들 발전 유닛을 구성하는 각 장치를 외장 케이스 내에 수납함으로써 설치나 운반 등이 용이해진다. 또한, 저탕 유닛은 열 교환 후의 탕수를 저탕하기 위한 저탕 탱크(14)를 구비해서 구성되어 있다.
또한, 셀 스택(1)과 열 교환기(6) 사이에는 셀 스택(1)의 운전에 따라 생성되는 배기가스를 처리하기 위한 배기가스 처리 장치가 설치되어 있다(도시하지 않음). 배기가스 처리 장치는 수납 용기 내에 배기가스 처리부를 수납하고 있고, 배기가스 처리부로서는 일반적으로 공지의 연소 촉매를 사용할 수 있다.
한편, 응축수 정화 장치(7)에 공급되는 응축수의 양이 적을 경우나 응축수 처리부에서 처리된 후의 응축수의 순도가 낮을 경우에 있어서는, 외부에서 공급되는 물(수돗물 등)을 정화해서 개질기(4)에 공급할 수도 있다. 도 1에 있어서는 외부로부터 공급되는 물을 정화하기 위해서 각 수처리 장치를 구비하고 있다.
여기에서, 외부에서 공급되는 물을 개질기(4)에 공급하기 위한 각 수처리 장치는 물을 정화하기 위한 활성탄 필터 장치(19), 역침투막 장치(20) 및 이온 교환 수지 장치(21)의 각 장치 중, 적어도 이온 교환 수지 장치(21)(바람직하게는 모든 장치)를 구비한다. 그리고, 이온 교환 수지 장치(21)에 의해 생성된 순수는 물탱크(8)에 저수된다. 또한, 도 1에 나타내는 연료 전지 장치(발전 유닛)에 있어서는 외부에서 공급되는 물의 양을 조정하기 위한 급수 밸브(18)가 설치되어 있다.
또한, 도 1에 있어서 개질기(4)에 공급하는 물을 순수로 처리하기 위한 각 수처리 장치를 일점 쇄선에 의해 둘러싸서 나타내고 있다[외부 수정화 장치(X)로서 나타내고 있다].
단, 연료 전지 셀의 발전에 의해 생성된 배기가스(배기 열)와 순환 배관(13)의 물의 열 교환에 의해 생성된 응축수만으로 개질기(4)에서의 수증기 개질 반응에 필요한 물(순수)을 조달할 수 있을 경우에는 외부 수정화 장치(X)를 생략해도 좋다.
여기에서, 도 1에 나타낸 연료 전지 장치(발전 유닛)의 운전 방법에 대하여 설명한다. 연료 전지 셀의 발전에 사용되는 연료가스를 생성하기 위해서 수증기 개질을 행함에 있어서 개질기(4)에서 사용되는 순수는 열 교환기(6)에 있어서 셀 스택(1)(연료 전지 셀)의 운전에 따라 생성된 배기가스와 순환 배관(13)을 흐르는 물의 열 교환에 의해 생성되는 응축수가 사용된다. 또한, 순환 배관(13)을 흘러서 배기가스와의 열 교환에 의해 온도가 상승한 물(즉 탕수)은 저탕 탱크(14)에 저탕된다. 열 교환기(6)에 의해 생성된 응축수는 응축수 공급관(15)을 흘러서 응축수 정화 장치(7)에 공급된다. 응축수 정화 장치(7)에 구비하는 응축수 정화부(이온 교환 수지 등)에 의해 처리된 응축수(순수)는 탱크 연결관(16)을 통해서 물탱크(8)에 공급된다. 물탱크(8)에 저수된 물은 물펌프(5)에 의해 개질기(4)에 공급되고, 원연료 공급부(2)에서 공급되는 원연료로 수증기 개질이 행해져서 생성된 연료가스가 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 공급된다. 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 있어서는, 개질기(4)를 통해서 공급된 연료가스와, 산소 함유 가스 공급부(3)에서 공급되는 산소 함유 가스를 이용하여 발전이 행해지고, 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에서 발전된 전류가 조정부(9)를 통해서 외부 부하에 공급된다. 이상의 방법에 의해 응축수를 유효하게 이용해서 수 자립운전을 행할 수 있다.
한편, 응축수의 생성량이 적을 경우나 응축수 정화 장치(7)에 의해 처리된 응축수의 순도가 낮을 경우에 있어서는 외부에서 공급되는 물(수돗물 등)을 사용할 수도 있다.
이 경우에는, 우선 급수 밸브(18)(예를 들면 전자 밸브나 에어 구동 밸브 등)가 개방되고 수돗물 등 외부로부터 공급되는 물이 급수관(17)을 통해서 활성탄 필터(19)에 공급된다. 활성탄 필터(19)에 의해 처리된 물은 이어서 역침투막(20)에 공급된다. 역침투막(20)에 의해 처리된 물은 계속해서 이온 교환 수지 장치(21)에 공급된다. 그리고, 이온 교환 수지 장치(21)에서 정화된 물이 물탱크(8)에 저수된다. 물탱크(8)에 저수된 정화된 물(순수)은 상술한 방법에 의해 연료 전지 셀[셀 스택(1)]의 발전에 이용된다.
상술한 바와 같은 구성의 연료 전지 장치에 있어서, 정격 운전 중에는 제어 장치(10)가 원연료 공급부(2) 및 산소 함유 가스 공급부(3)의 동작을 제어하고 정격 운전에 필요한 양의 연료가스와 산소 함유 가스를 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 공급한다. 그것에 의해, 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 있어서 정격의 전력을 발생시켜서 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 직류 전류가 흐른다. 또한, 연료 전지 셀[셀 스택(1)]의 발전에 의해 생성된 전력은 조정부(9)에 의해 교류 전력으로 변환된 후 외부 부하에 공급된다. 즉, 정격 운전 중에 있어서는 제어 장치(10)는 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 외부 부하의 요구에 따라서 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 관계가 일정한 값이 되도록 각 장치를 제어한다.
한편, 가정용으로서 연료 전지 장치를 사용할 경우에는 외부 부하의 요구 전력이 변동되기 쉽다. 특히 아침이나 저녁 이후의 시간대에 있어서는 요구 전력이 높아져서 셀 스택(1)에 흐르는 전류가 높아지는 것에 대하여, 낮이나 밤 등에 있어서는 요구 전력이 낮아져서 셀 스택(1)에 흐르는 전류가 적어진다.
요구 전력이 낮은 시간대에 있어서 연료 전지 장치를 정격 운전시키는 것은 연료 전지 장치에 접속되는 계통 전력에 연료 전지 장치로부터의 전력이 역조류를 생성할 우려가 있다. 따라서, 특히 가정용 연료 전지 장치의 운전에 있어서 외부 부하의 요구 전력에 따른 부분 부하 운전(부하 추종 운전)을 행할 수 있다.
이러한 부분 부하 운전 중에 있어서, 제어 장치(10)는 원연료 공급부(2) 및 산소 함유 가스 공급부(3)의 동작을 제어하고, 외부 부하의 요구 전력에 따른 전류량을 얻기 위해서 필요한 양의 연료가스와 산소 함유 가스를 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 공급한다. 연료 전지 셀[셀 스택(1)]의 발전에 의해 생성된 직류 전력은 전력 조정부(9)에 의해 교류 전력으로 변환된 후 외부 부하에 공급된다.
즉, 부분 부하 운전 중에 있어서는 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)이 요구 부하에 따라서 변동되게 된다. 구체적으로는, 정격 운전 중보다 저하하게 된다.
그러므로, 부분 부하 운전 중에 있어서 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계를 밸런스 좋게 제어하지 않으면, 연료 전지 장치의 발전 효율이 저하될 우려나 부하 추종 특성이 저하될 우려가 있다.
도 2 내지 도 4는 연료 전지 장치에 있어서의 셀 스택(1)의 연료 이용률과 외부 부하의 요구에 따라서 셀 스택(1)이 발전하는 전류량의 관계를 나타내는 그래프이다.
연료 전지 장치의 운전을 유지함에 있어서 연료 전지 셀의 온도를 소정 온도 이상으로 유지할 필요가 있기 때문에 외부 부하의 요구 전력이 낮을 경우라도 소정량 이상의 연료가스를 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 공급할 필요가 있는 경우가 있다. 이하, 이 소정량의 연료가스의 양을 최저 유량이라고 한다.
본 실시형태의 연료 전지 장치에서는 부분 부하 운전 중에 셀 스택(1)에 공급하는 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에 제어 장치(10)는 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 외부 부하의 요구에 따라서 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 관계가 비직선이 되도록 원연료 공급부(2) 및 전력 조정부(9)를 제어한다. 또한, 아울러 산소 함유 가스 공급부(3)도 제어하는 것이 바람직하고, 이하 마찬가지이다.
즉, 부분 부하 운전 중의 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계가 직선이 되도록 원연료 공급부(2) 및 전력 조정부(9)를 제어하면, 후술하는 바와 같이 부하 추종 특성을 향상시키는 운전이나, 연료 전지 셀의 일단측에서 잉여의 연료가스를 연소시킬 경우에 실화를 억제하는 운전 등과 같은 운전을 행하는 것이 곤란해진다.
이에 대하여 부분 부하 운전 중에 셀 스택(1)에 공급하는 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계가 비직선이 되도록 제어 장치(10)에 의해 원연료 공급부(2) 및 조정부(9)를 제어함으로써, 부분 부하 운전 중에 있어서 부하 추종 특성을 향상시키는 운전이나, 연료 전지 셀의 일단측에서 잉여의 연료가스를 연소시킬 경우에 실화를 억제하는 운전 등을 행할 수 있고 효율이 좋은 부분 부하 운전을 행할 수 있다.
또한, 부분 부하 운전 중의 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)의 최대값이 연료 전지 장치의 정격 운전 중에 있어서의 연료 이용률(Uf)과 같을 경우 연료 전지 셀의 산화를 저감시킬 수 있고, 연료 전지 셀의 파손을 저감시킬 수 있다. 그 때문에 신뢰성이 향상된 연료 전지 장치로 할 수 있다.
그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이 부분 부하 운전 중에 있어서 셀 스택(1)에 공급하는 연료가스의 최저 유량보다 많은 연료가스가 셀 스택(1)에 공급되고 있을 경우에, 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 증가에 따라 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)의 증가량이 감소하도록 제어 장치(10)에 의해 연료가스 공급부(2) 및 전력 조정부(9) 각각을 제어하면, 셀 스택(1)의 전류량(I)이 낮을 경우에 있어서도 연료 전지 셀의 온도를 고온으로 유지할 수 있고, 연료 전지 장치의 부하 추종 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 연료 전지 셀의 일단측에서 연료 전지 셀의 발전에 이용되지 않은 잉여의 연료가스를 연소시키는 구성의 연료 전지 장치에 있어서는, 부분 부하 운전 중에 있어서 연료 전지 셀[셀 스택(1)]에 공급되는 연료가스의 양이 감소하기 때문에 잉여의 연료가스의 연소가 실화할 우려가 있다.
그래서, 도 3에 나타내는 바와 같이 부분 부하 운전 중에 셀 스택(1)에 공급하는 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에, 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 증가에 따라 연료 이용률(Uf)의 증가량이 증가하도록 제어 장치(10)에 의해 원연료 공급부(2) 및 전력 조정부(9)를 제어하면, 셀 스택(1)의 전류량(I)이 낮을 경우에 잉여의 연료가스가 증가하게 된다. 즉, 잉여의 연료가스가 증가하기 때문에 잉여의 연료가스의 연소의 실화를 저감시킬 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 있어서는 셀 스택(1)에 공급되는 연료가스의 최저 유량보다 많은 연료가스가 셀 스택(1)에 공급되고 있을 경우에, 부분 부하 운전시의 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계가 2차 곡선이 될 경우를 나타냈지만, 2차 곡선으로 나타내어지는 관계에 한정되는 것은 아니다. 연료 전지 장치를 구성하는 연료 전지 셀의 수나 모듈(M)의 크기 등에 따라 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 3차 곡선으로 나타내어지는 관계 등이라도 좋다.
예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이 셀 스택(1)에 공급하는 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에, 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 증가에 따라 연료 이용률(Uf)의 증가량이 증가하고, 그 후에 전류량(I)의 증가에 따라 연료 이용률(Uf)의 증가량이 감소하도록 제어 장치(10)에 의해 원연료 공급부(2) 및 전력 조정부(9)를 제어할 수 있다. 이 경우, 부분 부하 운전시의 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계가 3차 곡선으로 나타내어지는 관계로 되어 있다.
그것에 의해, 셀 스택(1)의 전류량(I)이 낮은 영역에 있어서 잉여의 연료가스가 증가하고, 연료 전지 장치에 있어서의 잉여의 연료가스의 연소의 실화를 저감시킬 수 있음과 아울러 부하 추종 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 부분 부하 운전 중의 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계에 있어서, 셀 스택(1)에 공급하는 연료가스의 양이 최저 유량에 도달하기까지는 셀 스택(1)의 연료 이용률(Uf)과 전류량(I)의 관계가 직선으로 되어 있다.
이상, 본 발명에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 변경, 개량 등이 가능하다.
예를 들면, 부분 부하 운전 중에 셀 스택(1)에 공급되는 연료가스의 최저 유량보다 많은 연료가스가 셀 스택(1)에 공급되고 있을 경우에, 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 증가에 따라 연료 이용률(Uf)의 증가량이 감소하고, 그 후에 셀 스택(1)이 발전하는 전류량(I)의 증가에 따라 연료 이용률(Uf)의 증가량이 증가하도록 제어 장치(10)에 의해 원연료 공급부(2) 및 전력 조정부(9)를 제어하도록 해도 좋다.
1 : 셀 스택 2 : 원연료 공급부
3 : 산소 함유 가스 공급부 9 : 조정부(파워 컨디셔너)
10 : 제어 장치 M : 연료 전지 모듈

Claims (4)

  1. 연료가스와 산소 함유 가스로 발전을 행하는 연료 전지 셀의 복수 개를 전기적으로 접속해서 이루어지는 셀 스택과,
    상기 연료 전지 셀에 상기 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급부와,
    상기 연료 전지 셀에서 발전한 전류의 외부 부하로의 공급량을 조정하는 전력 조정부와,
    상기 연료가스 공급부 및 상기 전력 조정부 각각을 제어하는 제어 장치를 구비하는 연료 전지 장치로서:
    상기 제어 장치는 상기 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중에 상기 셀 스택에 공급하는 상기 연료가스가 발전에 필요한 최저 유량 이상일 경우에 상기 셀 스택의 연료 이용률과 상기 셀 스택이 발전하는 전류량의 관계가 비직선이 되도록 상기 연료가스 공급부 및 상기 전력 조정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중에 있어서의 상기 셀 스택의 연료 이용률의 최대값은 상기 연료 전지 장치의 정격 운전 중에 있어서의 연료 이용률과 같은 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중에 상기 셀 스택에 공급하는 상기 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에 상기 셀 스택이 발전하는 전류량의 증가에 따라 상기 연료 이용률의 증가량이 감소하도록 상기 연료가스 공급부 및 상기 전력 조정부 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지 셀이 그 연료 전지 셀의 일단측에서 상기 연료 전지 셀의 발전에 이용되지 않은 잉여의 연료가스를 연소시키는 구성을 가짐과 아울러 상기 제어 장치는 상기 연료 전지 장치의 부분 부하 운전 중에 상기 셀 스택에 공급하는 상기 연료가스가 최저 유량 이상일 경우에 상기 셀 스택이 발전하는 전류량의 증가에 따라 상기 연료 이용률의 증가량이 증가하도록 상기 연료가스 공급부 및 상기 전력 조정부 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 장치.
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