JP2002313381A - 燃料電池発電設備 - Google Patents

燃料電池発電設備

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JP2002313381A
JP2002313381A JP2001120509A JP2001120509A JP2002313381A JP 2002313381 A JP2002313381 A JP 2002313381A JP 2001120509 A JP2001120509 A JP 2001120509A JP 2001120509 A JP2001120509 A JP 2001120509A JP 2002313381 A JP2002313381 A JP 2002313381A
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gas
fuel
oxidizing gas
fuel cell
humidity
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JP2001120509A
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Masaki Toda
正樹 戸田
Tokuichi Mineo
徳一 峰尾
Masaki Ogawa
正毅 小川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体高分子電解質を常に十分に加湿しながら
も余剰水の発生を抑えることができる燃料電池発電設備
を提供する。 【解決手段】 セルとセパレータとが交互に複数積層さ
れたスタックを備えた燃料電池１００と、空気供給源１
０１および水素供給源１０２から供給された空気１およ
び水素２に水蒸気３を混合する水蒸気発生器１０および
混合気１１ａ，１１ｂと、水蒸気３を混合された空気１
および水素２を冷却することにより空気１および水素２
中の水分を調整する冷却水送給器２０および凝縮器２１
ａ，２１ｂと、燃料電池１００からの負荷状態の信号お
よび温湿度センサ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂから
の信号に基づいて、水蒸気発生器１０および冷却水送給
器２０を制御する制御手段４０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電設備
に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、固体高
分子電解質を酸化ガス極および燃料ガス極で挟んだセル
とセパレータとが交互に複数積層されたスタックを備
え、当該スタック内に酸化ガスおよび燃料ガスが送給さ
れると、酸化ガスが各セパレータの一方の面に形成され
た酸化ガス流路溝から各セルの酸化ガス極に供給され、
燃料ガスが各セパレータの他方の面に形成された燃料ガ
ス流路溝から各セルの燃料ガス極に供給され、当該酸化
ガス（酸素）と燃料ガス（水素）とがセルにおいて電気
化学的に反応することにより、電力が得られるようにな
っている。
【０００３】このような燃料電池においては、発電の際
に、スタック内の各セルの固体高分子電解質が水素イオ
ンの移動を可能とするために十分に湿潤している必要が
ある。このため、図４に示すように、燃料電池１００の
酸化ガス供給口および燃料ガス供給口に混合器１１１
ａ，１１１ｂを介して水蒸気発生器１１０を接続し、水
蒸気発生器１１０で発生させた水蒸気３を混合器１１１
ａ，１１１ｂで酸化ガス１および燃料ガス２に混合し、
酸化ガス１および燃料ガス２と共に水蒸気３を燃料電池
１００内にそれぞれ供給することにより、スタック内の
各セルの固体高分子電解質に水分を供給するようにして
いる。すなわち、発電の原料として使用する酸化ガス１
および燃料ガス２を水蒸気３のキャリアガスとして利用
するようにしているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したような燃料電
池１００においては、スタック内のセルの固体高分子電
解質における水素イオンの移動に伴って、燃料ガス極側
から酸化ガス極側へ水分が移動すると共に、セルの酸化
ガス極側での酸化ガス（酸素）１と上記水素イオンとの
反応に伴って、酸化ガス極側に水が生成する。このよう
に酸化ガス極側に移動してくる水分や反応に伴って生成
した水分は、燃料電池１００の負荷が小さいとき（低負
荷時）には、上述した水蒸気３と共に固体高分子電解質
の加湿に使用されてしまうものの、燃料電池１００の負
荷が大きいとき（高負荷時）には、その量が大幅に増え
てしまい、余剰分がセパレータの酸化ガス流路溝内で凝
縮してしまう。このようにセパレータの酸化ガス流路溝
内で水が凝縮してしまうと、酸化ガス１のスムーズな流
通を妨げてしまい、酸化ガス１の供給不足を招き、発電
能力の低下を引き起こす虞を生じてしまう。
【０００５】このようなことから、本発明は、固体高分
子電解質を常に十分に加湿しながらも余剰水の発生を抑
えることができる燃料電池発電設備を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、第一番目の発明による燃料電池発電設備は、セ
ルとセパレータとが交互に複数積層されたスタックを備
えた燃料電池と、前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸
化ガス供給手段と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する
燃料ガス供給手段と、前記酸化ガス供給手段から供給さ
れた前記酸化ガスに水蒸気を混合する酸化ガス用水蒸気
混合手段と、前記燃料ガス供給手段から供給された前記
燃料ガスに水蒸気を混合する燃料ガス用水蒸気混合手段
と、前記燃料電池からの負荷状態の信号に基づいて、前
記酸化ガスおよび前記燃料ガスに混合する水蒸気の量を
調整するように前記酸化ガス用水蒸気混合手段および前
記燃料ガス用水蒸気混合手段を制御する制御手段とを備
えたことを特徴とする。
【０００７】第二番目の発明による燃料電池発電設備
は、第一番目の発明において、前記制御手段が、前記燃
料電池の負荷が大きいときには前記酸化ガスに混合する
水蒸気の量を減らすように前記酸化ガス用冷却手段を制
御すると共に前記燃料ガスに混合する水蒸気の量を増や
すように前記燃料ガス用冷却手段を制御し、前記燃料電
池の負荷が小さいときには前記酸化ガスに混合する水蒸
気の量を増やすように前記酸化ガス用冷却手段を制御す
ると共に前記燃料ガスに混合する水蒸気の量を減らすよ
うに前記燃料ガス用冷却手段を制御することを特徴とす
る。
【０００８】第三番目の発明による燃料電池発電設備
は、第一番目または第二番目の発明において、前記水蒸
気を混合された前記酸化ガスを冷却することにより当該
酸化ガス中の水分を調整する酸化ガス用冷却手段と、前
記水蒸気を混合された前記燃料ガスを冷却することによ
り当該燃料ガス中の水分を調整する燃料ガス用冷却手段
とを備え、前記制御手段が、前記燃料電池からの負荷状
態の信号に基づいて、前記酸化ガスおよび前記燃料ガス
を冷却するように前記酸化ガス用冷却手段および前記燃
料ガス用冷却手段を制御することを特徴とする。
【０００９】第四番目の発明による燃料電池発電設備
は、第三番目の発明において、前記制御手段が、前記燃
料電池の負荷が大きいときには前記酸化ガスを冷却する
ように前記酸化ガス用冷却手段を制御し、前記燃料電池
の負荷が小さいときには前記燃料ガスを冷却するように
前記燃料ガス用冷却手段を制御することを特徴とする。
【００１０】第五番目の発明による燃料電池発電設備
は、第三番目または第四番目の発明において、前記燃料
電池に供給される前記酸化ガスの温度および湿度を計測
する供給酸化ガス用温湿度計測手段と、前記燃料電池に
供給される前記燃料ガスの温度および湿度を計測する供
給燃料ガス用温湿度計測手段とを備え、前記制御手段
が、前記供給酸化ガス用温湿度計測手段および前記供給
燃料ガス用温湿度計測手段からの信号に基づいて、前記
酸化ガスおよび前記燃料ガスを所定の温度および湿度に
するように前記酸化ガス用水蒸気混合手段、前記燃料ガ
ス用水蒸気混合手段、前記酸化ガス用冷却手段、前記燃
料ガス用冷却手段をそれぞれ制御することを特徴とす
る。
【００１１】第六番目の発明による燃料電池発電設備
は、第五番目の発明において、前記燃料電池から排出さ
れた前記酸化ガスの温度および湿度を計測する排出酸化
ガス用温湿度計測手段と、前記燃料電池から排出された
前記燃料ガスの温度および湿度を計測する排出燃料ガス
用温湿度計測手段とを備え、前記制御手段が、前記排出
酸化ガス用温湿度計測手段および前記排出燃料ガス用温
湿度計測手段からの信号に基づいて、前記燃料電池から
排出される前記酸化ガスおよび前記燃料ガスを所定の温
度および湿度にするように前記酸化ガス用冷却手段、前
記燃料ガス用冷却手段、前記酸化ガス用水蒸気混合手
段、前記燃料ガス用水蒸気混合手段をそれぞれフィード
バック制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明による燃料電池発電設備の
実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、燃料電池
発電設備の概略構成図である。なお、本発明は、以下の
実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】図１に示すように、固体高分子電解質を酸
化ガス極および燃料ガス極で挟んだセルとセパレータと
が交互に複数積層されたスタックを備えた燃料電池１０
０の酸化ガス供給口には、空気や酸素などのような酸化
ガス１を供給する酸化ガス供給手段である酸化ガス供給
源（例えば、エアコンプレッサ等）１０１が接続されて
いる。燃料電池１００の燃料ガス供給口には、水素ガス
などのような燃料ガス２を供給する燃料ガス供給手段で
ある燃料ガス供給源（例えば、メタノール改質器等）１
０２が接続されている。
【００１４】前記酸化ガス供給源１０１と燃料電池１０
０の前記酸化ガス供給口との間には、水蒸気３を発生さ
せる水蒸気発生器１０が混合器１１ａを介して連結され
ている。前記燃料ガス供給源１０２と燃料電池１００の
前記燃料ガス供給口との間には、上記水蒸気発生器１０
が混合器１１ｂを介して連結されている。前記混合器１
１ａと燃料電池１００の前記酸化ガス供給口との間に
は、冷却水４を送給する冷却水送給器２０が凝縮器２１
ａを介して連結されている。前記混合器１１ｂと燃料電
池１００の前記燃料ガス供給口との間には、上記冷却水
送給器２０が凝縮器２１ｂを介して連結されている。
【００１５】なお、本実施の形態では、水蒸気発生器１
０、混合器１１ａなどにより酸化ガス用水蒸気混合手段
を構成し、水蒸気発生器１０、混合器１１ｂなどにより
燃料ガス用水蒸気混合手段を構成し、冷却水送給器２
０、凝縮器２１ａなどにより酸化ガス用冷却手段を構成
し、冷却水送給器２０、凝縮器２１ｂなどにより燃料ガ
ス用冷却手段を構成している。
【００１６】前記水蒸気発生器１０および前記冷却水送
給器２０は、制御手段である制御装置４０の出力部にそ
れぞれ電気的に接続している。一方、前記凝縮器２１ａ
と燃料電池１００の前記酸化ガス供給口との間には、温
度および湿度を検知する供給酸化ガス用温湿度計測手段
である温湿度センサ３０ａが設けられている。前記凝縮
器２１ｂと燃料電池１００の前記燃料ガス供給口との間
には、温度および湿度を検知する供給燃料ガス用温湿度
計測手段である温湿度センサ３０ｂが設けられている。
燃料電池１００の酸化ガス排出口近傍には、温度および
湿度を検知する排出酸化ガス用温湿度計測手段である温
湿度センサ３１ａが設けられている。燃料電池１００の
燃料ガス排出口近傍には、温度および湿度を検知する排
出燃料ガス用温湿度計測手段である温湿度センサ３１ｂ
が設けられている。これら温湿度センサ３０ａ，３０
ｂ，３１ａ，３１ｂは、上記制御装置４０の入力部にそ
れぞれ電気的に接続されている。また、上記制御装置４
０の入力部には、燃料電池１００から負荷状態の信号が
入力されるようになっている。
【００１７】このようにして構成される発電設備におい
ては、酸化ガス供給源１０１から送給された酸化ガス１
が燃料電池１００の酸化ガス供給口に供給されると共
に、燃料ガス供給源１０２から送給された燃料ガス２が
燃料電池１００の燃料ガス供給口に供給されると、酸化
ガス１がスタックの各セパレータの一方の面に形成され
た酸化ガス流路溝から各セルの酸化ガス極に供給され、
燃料ガス２がスタックの各セパレータの他方の面に形成
された燃料ガス流路溝から各セルの燃料ガス極に供給さ
れ、当該酸化ガス（酸素）と燃料ガス（水素）とがセル
において電気化学的に反応して、発電が行われる。
【００１８】このとき、燃料電池１００のスタック内の
各セルの固体高分子電解質を十分に湿潤させておく必要
があるため、水蒸気発生器１０で水蒸気３を発生させて
混合器１１ａ，１１ｂ内に送給することにより、酸化ガ
ス１および燃料ガス２に水蒸気３を混合し、酸化ガス１
および燃料ガス２と共に水蒸気３を燃料電池１００のス
タック内にそれぞれ供給することでスタック内の各セル
の固体高分子電解質に水分を供給する。
【００１９】このようにして発電を行っている際に、燃
料電池１００の負荷が大きくなると、スタック内のセル
の固体高分子電解質における水素イオンの移動に伴う燃
料ガス極側から酸化ガス極側への水分の移動量およびセ
ルの酸化ガス極側での酸化ガス（酸素）１と上記水素イ
オンとの反応に伴う酸化ガス極側に生成する水分の量が
大幅に増え、酸化ガス極側に余剰水を生じてしまい、当
該余剰水がセパレータの酸化ガス流路溝内で凝縮して酸
化ガス１のスムーズな流通を妨げる虞を生じる。
【００２０】そこで、本実施の形態の燃料電池発電設備
においては、前記制御装置４０が、燃料電池１００のス
タック内のセパレータの酸化ガス流路溝内で余剰水を凝
縮させることなくセルの固体高分子電解質を十分に湿潤
させるように、燃料電池１００からの負荷状態の信号お
よび前記温湿度センサ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ
からの信号に基づいて、水蒸気発生器１０および冷却水
送給器２０を制御するのである。この制御装置４０によ
る制御方法を図２，３を用いて以下に説明する。図２
は、燃料電池の電気特性と酸化ガスおよび燃料ガスの湿
度との関係を表すグラフ、図３は、負荷変動に伴う酸化
ガスおよび燃料ガスの湿度変化を表すグラフである。
【００２１】燃料電池１００は、負荷の小さい低負荷時
においては、上述の燃料ガス極側から酸化ガス極側への
水分の移動量および酸化ガス極側に生成する水分の量が
少なく、負荷の大きい高負荷時においては、上述の燃料
ガス極側から酸化ガス極側への水分の移動量および酸化
ガス極側に生成する水分の量が多くなる。このため、図
２に示すように、燃料電池１００の低負荷時（図２中、
左寄り（例えばＡ点））には、酸化ガス１の湿度を比較
的多くする（８０％）と共に、燃料ガス２の湿度を比較
的少なくする（７０％）一方、燃料電池１００の高負荷
時（図２中、右寄り（例えばＢ点））には、酸化ガス１
の湿度を比較的少なくする（２０％）と共に、燃料ガス
２の湿度を比較的多くする（９０％）とすることによ
り、燃料電池１００のスタック内のセパレータの酸化ガ
ス流路溝内に余剰水を凝縮させることなくセルの固体高
分子電解質を十分に湿潤させることができるようにな
る。
【００２２】すなわち、燃料電池１００の負荷状態に基
づいて、図２に示したグラフに対応するように酸化ガス
１および燃料ガス２の湿度を調整することにより、燃料
電池１００のスタック内のセパレータの酸化ガス流路溝
内に余剰水を流入させることなくセルの固体高分子電解
質を十分に湿潤させることができるのである。
【００２３】具体的には、制御装置４０は、燃料電池１
００の負荷状態の信号および温湿度センサ３０ａ，３０
ｂからの信号に基づいて、燃料電池１００内に供給する
酸化ガス１および燃料ガス２の湿度を図２に示したグラ
フの値と一致させるように水蒸気発生器１０を制御し
て、酸化ガス１および燃料ガス２に混合する水蒸気３の
量を調整すると共に、燃料電池１００のスタック内のセ
ルで生じる上述の酸化ガス極側と燃料ガス極側との水分
の変化に伴う酸化ガス１および燃料ガス２の湿度変化を
温湿度センサ３１ａ，３１ｂからの信号により確認（フ
ィードバック）するのである。
【００２４】ここで、例えば、燃料電池１００の負荷が
急激に増加したときには、制御装置４０は、燃料ガス２
の湿度を急速に高くすると共に酸化ガス１の湿度を急速
に低くするように水蒸気発生器１０からの水蒸気３の発
生量を制御し、燃料電池１００の負荷が急激に減少した
ときには、制御装置４０は、酸化ガス１の湿度を急速に
高くすると共に燃料ガス２の湿度を急速に低くするよう
に水蒸気発生器１０からの水蒸気３の発生量を制御する
必要がある。水蒸気発生器１０から発生する水蒸気３の
量を調整することで酸化ガス１や燃料ガス２の湿度を急
速に高くすることは、水蒸気発生器１０から発生する水
蒸気３の量を過剰に加えて、凝縮器２１ａ，２１ｂで不
要分を取り除くように制御するが、水蒸気発生器１０か
ら発生する水蒸気３の量を調整することだけで酸化ガス
１や燃料ガス２の湿度を急速に低くすることは非常に難
しい。
【００２５】このため、制御装置４０は、さらに、燃料
電池１００の負荷状態の信号に基づいて、燃料電池１０
０の負荷が急激に増加したときには、冷却水送給器２０
から凝縮器２１ａ内に冷却水４を噴霧させるように冷却
水送給器２０を制御することにより、酸化ガス１を急速
に冷却して当該酸化ガス１中の水分を凝縮除去して、燃
料電池１００内に供給する酸化ガス１の湿度を図２に示
したグラフの値と急速に一致させるのである。これと同
様に、燃料電池１００の負荷が急激に減少したときに
は、凝縮器２１ｂ内に冷却水４を噴霧させるように冷却
水送給器２０を制御することにより、燃料ガス２を急速
に冷却して当該燃料ガス２中の水分を凝縮除去して、燃
料電池１００内に供給する燃料ガス２の湿度を図２に示
したグラフの値と急速に一致させる。
【００２６】これにより、例えば、図３に示すように、
従来は酸化ガス１および燃料ガス２の両者共に湿度が常
に一定であったものの、本実施の形態では、燃料電池１
００の負荷が急激に増加するときには、これに追従し
て、酸化ガス１の湿度が応答性よく下がると同時に燃料
ガス２の湿度が応答性よく上がり、燃料電池１００の負
荷が急激に減少するときには、これに追従して、酸化ガ
ス１の湿度が応答性よく上がると同時に燃料ガス２の湿
度が応答性よく下がるようになる。
【００２７】したがって、本実施の形態によれば、スタ
ック内のセルの固体高分子電解質を常に十分に加湿しな
がらも、余剰水の発生を抑えることができる。
【００２８】
【発明の効果】第一番目の発明による燃料電池発電設備
は、セルとセパレータとが交互に複数積層されたスタッ
クを備えた燃料電池と、前記燃料電池に酸化ガスを供給
する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池に燃料ガスを供
給する燃料ガス供給手段と、前記酸化ガス供給手段から
供給された前記酸化ガスに水蒸気を混合する酸化ガス用
水蒸気混合手段と、前記燃料ガス供給手段から供給され
た前記燃料ガスに水蒸気を混合する燃料ガス用水蒸気混
合手段と、前記燃料電池からの負荷状態の信号に基づい
て、前記酸化ガスおよび前記燃料ガスに混合する水蒸気
の量を調整するように前記酸化ガス用水蒸気混合手段お
よび前記燃料ガス用水蒸気混合手段を制御する制御手段
とを備えたことから、制御手段が燃料電池からの負荷状
態の信号に基づいて酸化ガス用水蒸気混合手段および燃
料ガス用水蒸気混合手段を制御して、酸化ガスおよび前
記燃料ガスに混合する水蒸気の量を調整するので、燃料
電池の負荷が変動しても、燃料電池のセパレータの酸化
ガスや燃料ガスの流路溝内で余剰水を凝縮させることな
くセルの固体高分子電解質を十分に湿潤させることがで
きる。
【００２９】第二番目の発明による燃料電池発電設備
は、第一番目の発明において、前記制御手段が、前記燃
料電池の負荷が大きいときには前記酸化ガスに混合する
水蒸気の量を減らすように前記酸化ガス用冷却手段を制
御すると共に前記燃料ガスに混合する水蒸気の量を増や
すように前記燃料ガス用冷却手段を制御し、前記燃料電
池の負荷が小さいときには前記酸化ガスに混合する水蒸
気の量を増やすように前記酸化ガス用冷却手段を制御す
ると共に前記燃料ガスに混合する水蒸気の量を減らすよ
うに前記燃料ガス用冷却手段を制御するので、燃料電池
の負荷が変動しても、燃料電池のセパレータの酸化ガス
や燃料ガスの流路溝内で余剰水を凝縮させることなくセ
ルの固体高分子電解質を十分に湿潤させることができ
る。
【００３０】第三番目の発明による燃料電池発電設備
は、第一番目または第二番目の発明において、前記水蒸
気を混合された前記酸化ガスを冷却することにより当該
酸化ガス中の水分を調整する酸化ガス用冷却手段と、前
記水蒸気を混合された前記燃料ガスを冷却することによ
り当該燃料ガス中の水分を調整する燃料ガス用冷却手段
とを備え、前記制御手段が、前記燃料電池からの負荷状
態の信号に基づいて、前記酸化ガスおよび前記燃料ガス
を冷却するように前記酸化ガス用冷却手段および前記燃
料ガス用冷却手段を制御するので、燃料電池の負荷が急
激に変動しても、これに追従して酸化ガスおよび燃料ガ
スの湿度を調整することができる。
【００３１】第四番目の発明による燃料電池発電設備
は、第三番目の発明において、前記制御手段が、前記燃
料電池の負荷が大きいときには前記酸化ガスを冷却する
ように前記酸化ガス用冷却手段を制御し、前記燃料電池
の負荷が小さいときには前記燃料ガスを冷却するように
前記燃料ガス用冷却手段を制御するので、燃料電池の負
荷が急激に変動しても、これに追従して酸化ガスおよび
燃料ガスの湿度を調整することができる。
【００３２】第五番目の発明による燃料電池発電設備
は、第三番目または第四番目の発明において、前記燃料
電池に供給される前記酸化ガスの温度および湿度を計測
する供給酸化ガス用温湿度計測手段と、前記燃料電池に
供給される前記燃料ガスの温度および湿度を計測する供
給燃料ガス用温湿度計測手段とを備え、前記制御手段
が、前記供給酸化ガス用温湿度計測手段および前記供給
燃料ガス用温湿度計測手段からの信号に基づいて、前記
酸化ガスおよび前記燃料ガスを所定の温度および湿度に
するように前記酸化ガス用水蒸気混合手段、前記燃料ガ
ス用水蒸気混合手段、前記酸化ガス用冷却手段、前記燃
料ガス用冷却手段をそれぞれ制御するので、酸化ガスお
よび燃料ガスの当初の温湿度に左右されることなく、燃
料電池の負荷に対応した温湿度に酸化ガスおよび燃料ガ
スを調整することができる。
【００３３】第六番目の発明による燃料電池発電設備
は、第五番目の発明において、前記燃料電池から排出さ
れた前記酸化ガスの温度および湿度を計測する排出酸化
ガス用温湿度計測手段と、前記燃料電池から排出された
前記燃料ガスの温度および湿度を計測する排出燃料ガス
用温湿度計測手段とを備え、前記制御手段が、前記排出
酸化ガス用温湿度計測手段および前記排出燃料ガス用温
湿度計測手段からの信号に基づいて、前記燃料電池から
排出される前記酸化ガスおよび前記燃料ガスを所定の温
度および湿度にするように前記酸化ガス用冷却手段、前
記燃料ガス用冷却手段、前記酸化ガス用水蒸気混合手
段、前記燃料ガス用水蒸気混合手段をそれぞれフィード
バック制御するので、燃料電池のセパレータの酸化ガス
や燃料ガスの流路溝内での余剰水の凝縮や、セルの固体
高分子電解質の湿潤状態を確認しながら酸化ガスおよび
燃料ガスの湿度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池発電設備の実施の形態の
概略構成図である。
【図２】燃料電池の電気特性と酸化ガスおよび燃料ガス
の湿度との関係を表すグラフである。
【図３】燃料電池の負荷変動に伴う酸化ガスおよび燃料
ガスの湿度変化を表すグラフである。
【図４】従来の燃料電池発電設備の一例の概略構成図で
ある。
【符号の説明】
１ 酸化ガス ２ 燃料ガス ３ 水蒸気 ４ 冷却水 １０ 水蒸気発生器 １１ａ，１１ｂ 混合気 ２０ 冷却水送給器 ２１ａ，２１ｂ 凝縮器 ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ 温湿度センサ ４０ 制御装置 １００ 燃料電池 １０１ 酸化ガス供給源 １０２ 燃料ガス供給源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 正毅 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工 業株式会社汎用機・特車事業本部内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 KK44 MM14

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セルとセパレータとが交互に複数積層さ
    れたスタックを備えた燃料電池と、 前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段
    と、 前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
    と、 前記酸化ガス供給手段から供給された前記酸化ガスに水
    蒸気を混合する酸化ガス用水蒸気混合手段と、 前記燃料ガス供給手段から供給された前記燃料ガスに水
    蒸気を混合する燃料ガス用水蒸気混合手段と、 前記燃料電池からの負荷状態の信号に基づいて、前記酸
    化ガスおよび前記燃料ガスに混合する水蒸気の量を調整
    するように前記酸化ガス用水蒸気混合手段および前記燃
    料ガス用水蒸気混合手段を制御する制御手段とを備えた
    ことを特徴とする燃料電池発電設備。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記制御手段が、 前記燃料電池の負荷が大きいときには前記酸化ガスに混
    合する水蒸気の量を減らすように前記酸化ガス用冷却手
    段を制御すると共に前記燃料ガスに混合する水蒸気の量
    を増やすように前記燃料ガス用冷却手段を制御し、 前記燃料電池の負荷が小さいときには前記酸化ガスに混
    合する水蒸気の量を増やすように前記酸化ガス用冷却手
    段を制御すると共に前記燃料ガスに混合する水蒸気の量
    を減らすように前記燃料ガス用冷却手段を制御すること
    を特徴とする燃料電池発電設備。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記水蒸気を混合された前記酸化ガスを冷却することに
    より当該酸化ガス中の水分を調整する酸化ガス用冷却手
    段と、 前記水蒸気を混合された前記燃料ガスを冷却することに
    より当該燃料ガス中の水分を調整する燃料ガス用冷却手
    段とを備え、 前記制御手段が、前記燃料電池からの負荷状態の信号に
    基づいて、前記酸化ガスおよび前記燃料ガスを冷却する
    ように前記酸化ガス用冷却手段および前記燃料ガス用冷
    却手段を制御することを特徴とする燃料電池発電設備。
  4. 【請求項４】 請求項３において、 前記制御手段が、 前記燃料電池の負荷が大きいときには前記酸化ガスを冷
    却するように前記酸化ガス用冷却手段を制御し、 前記燃料電池の負荷が小さいときには前記燃料ガスを冷
    却するように前記燃料ガス用冷却手段を制御することを
    特徴とする燃料電池発電設備。
  5. 【請求項５】 請求項３または４において、 前記燃料電池に供給される前記酸化ガスの温度および湿
    度を計測する供給酸化ガス用温湿度計測手段と、 前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの温度および湿
    度を計測する供給燃料ガス用温湿度計測手段とを備え、 前記制御手段が、前記供給酸化ガス用温湿度計測手段お
    よび前記供給燃料ガス用温湿度計測手段からの信号に基
    づいて、前記酸化ガスおよび前記燃料ガスを所定の温度
    および湿度にするように前記酸化ガス用水蒸気混合手
    段、前記燃料ガス用水蒸気混合手段、前記酸化ガス用冷
    却手段、前記燃料ガス用冷却手段をそれぞれ制御するこ
    とを特徴とする燃料電池発電設備。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記燃料電池から排出された前記酸化ガスの温度および
    湿度を計測する排出酸化ガス用温湿度計測手段と、 前記燃料電池から排出された前記燃料ガスの温度および
    湿度を計測する排出燃料ガス用温湿度計測手段とを備
    え、 前記制御手段が、前記排出酸化ガス用温湿度計測手段お
    よび前記排出燃料ガス用温湿度計測手段からの信号に基
    づいて、前記燃料電池から排出される前記酸化ガスおよ
    び前記燃料ガスを所定の温度および湿度にするように前
    記酸化ガス用冷却手段、前記燃料ガス用冷却手段、前記
    酸化ガス用水蒸気混合手段、前記燃料ガス用水蒸気混合
    手段をそれぞれフィードバック制御することを特徴とす
    る燃料電池発電設備。
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