JP3050616B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料と酸化剤を用い、
これらの反応によって発電する燃料電池の構造に関する
ものである。
これらの反応によって発電する燃料電池の構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料極と酸化剤極が電解質
とセパレータを介して交互に積み重ねられた発電部を有
し、各極板に燃料および酸化剤を供給することで発電す
るものの総称であり、構成材料によって、いくつかの種
類に分類される。現在、実用的な見地からはリン酸を電
解質に使用したリン酸形燃料電池が技術的に最も高い完
成域に到達している。
とセパレータを介して交互に積み重ねられた発電部を有
し、各極板に燃料および酸化剤を供給することで発電す
るものの総称であり、構成材料によって、いくつかの種
類に分類される。現在、実用的な見地からはリン酸を電
解質に使用したリン酸形燃料電池が技術的に最も高い完
成域に到達している。
【０００３】このリン酸型燃料電池の従来例の系統図は
図３の通りであり、また発電部の構成は図４の通りであ
る。従来の例は、発電部１と、その発電部１に供給す
る、水素を主成分とする燃料ガスを原料ガスから作製す
る改質器２と、この改質器２を高温で作動させるための
バーナ３と、このバーナ３に空気を送り込むとともに前
記発電部１の各セルの酸化剤極１３に対して酸化剤ガス
として空気を送り込むブロワー４と、上記燃料ガスを作
製する際に原料ガスへ混入する水蒸気を供給する水蒸気
発生装置５とを有している。
図３の通りであり、また発電部の構成は図４の通りであ
る。従来の例は、発電部１と、その発電部１に供給す
る、水素を主成分とする燃料ガスを原料ガスから作製す
る改質器２と、この改質器２を高温で作動させるための
バーナ３と、このバーナ３に空気を送り込むとともに前
記発電部１の各セルの酸化剤極１３に対して酸化剤ガス
として空気を送り込むブロワー４と、上記燃料ガスを作
製する際に原料ガスへ混入する水蒸気を供給する水蒸気
発生装置５とを有している。
【０００４】発電部１は、電解質１４を挟んで燃料極１
１と酸化剤極１３が配置されて構成されるセルがセパレ
ータ１５を介して多数積層されており、一定数のセル毎
に冷却板１２が設けられるとともに、各極１１，１３に
は電気出力部１６が設けられている。冷却板１２に対し
ては、水の補給ライン５１から供給された水が水蒸気発
生装置５と冷却水ライン５２を通して冷却水として供給
され、冷却板１２を通過した後、一部の冷却水は水蒸気
発生装置５で水蒸気となる。その際、発電部１で集めら
れた熱は水蒸気発生に必要な熱として利用される。改質
器２へは、原料ガス供給ライン２１を通して原料ガスが
供給され、この原料ガスに水蒸気発生装置５からの水蒸
気が水蒸気供給ライン５３を通して混入される。これら
により、改質器２で原料ガス中のメタンガス等が水素ガ
スを主成分とするガスに改質され、このガスが燃料供給
ライン２２を通して各セルの燃料極１１に均等に送られ
る。各セルの燃料極１１からの排出ガスは、燃料ガス排
出ライン３１を通してバーナ３に燃料として供給され、
ブロワー４からの空気で排ガス中の未反応の水素が燃焼
される。ブロワー４は反応用空気の送風も兼ねており、
発電部１の各セルの酸化剤極１３への空気は空気供給ラ
イン４１を通して供給され、反応後の空気は空気排出ラ
イン４２を通して排出される。
１と酸化剤極１３が配置されて構成されるセルがセパレ
ータ１５を介して多数積層されており、一定数のセル毎
に冷却板１２が設けられるとともに、各極１１，１３に
は電気出力部１６が設けられている。冷却板１２に対し
ては、水の補給ライン５１から供給された水が水蒸気発
生装置５と冷却水ライン５２を通して冷却水として供給
され、冷却板１２を通過した後、一部の冷却水は水蒸気
発生装置５で水蒸気となる。その際、発電部１で集めら
れた熱は水蒸気発生に必要な熱として利用される。改質
器２へは、原料ガス供給ライン２１を通して原料ガスが
供給され、この原料ガスに水蒸気発生装置５からの水蒸
気が水蒸気供給ライン５３を通して混入される。これら
により、改質器２で原料ガス中のメタンガス等が水素ガ
スを主成分とするガスに改質され、このガスが燃料供給
ライン２２を通して各セルの燃料極１１に均等に送られ
る。各セルの燃料極１１からの排出ガスは、燃料ガス排
出ライン３１を通してバーナ３に燃料として供給され、
ブロワー４からの空気で排ガス中の未反応の水素が燃焼
される。ブロワー４は反応用空気の送風も兼ねており、
発電部１の各セルの酸化剤極１３への空気は空気供給ラ
イン４１を通して供給され、反応後の空気は空気排出ラ
イン４２を通して排出される。
【０００５】従来例のリン酸型燃料電池においては、一
般に燃料としては都市ガス等の原料を改質した水素を使
用し、酸化剤に酸素を用いているが、酸素源としては最
も身近な空気が使用されている。また、発電部１の温度
は約１９０℃前後に保たれ、この様な温度条件下におけ
る水素と酸素の反応によって、電気エネルギーを得てい
る。この時の、供給した燃料のエネルギーから電気エネ
ルギーへの変換効率、すなわち発電効率は、発電出力に
も依存するが、最大で約４０％にも達する。
般に燃料としては都市ガス等の原料を改質した水素を使
用し、酸化剤に酸素を用いているが、酸素源としては最
も身近な空気が使用されている。また、発電部１の温度
は約１９０℃前後に保たれ、この様な温度条件下におけ
る水素と酸素の反応によって、電気エネルギーを得てい
る。この時の、供給した燃料のエネルギーから電気エネ
ルギーへの変換効率、すなわち発電効率は、発電出力に
も依存するが、最大で約４０％にも達する。
【０００６】燃料電池の発電出力（負荷率）と発電効率
の関係は図５に示す通りであり、一般的に負荷率が５０
％以下になると効率は低下してしまう。燃料電池の発電
効率は、このような特性を有していることから、極力高
い負荷率で運転できるオンサイト発電等の用途に向いて
いると言える。しかし、近年、自ビル内に発電源を設置
し、この発電の電力のみならず熱も利用するコージェネ
レーションシステムの普及に伴い、発電効率が高いこと
と排ガスがクリーンであるという特徴を持つ燃料電池が
注目されている。
の関係は図５に示す通りであり、一般的に負荷率が５０
％以下になると効率は低下してしまう。燃料電池の発電
効率は、このような特性を有していることから、極力高
い負荷率で運転できるオンサイト発電等の用途に向いて
いると言える。しかし、近年、自ビル内に発電源を設置
し、この発電の電力のみならず熱も利用するコージェネ
レーションシステムの普及に伴い、発電効率が高いこと
と排ガスがクリーンであるという特徴を持つ燃料電池が
注目されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記コ
ージェネレーションシステムでは、適用しようとしてい
る用途において１日の負荷の変動が大きく、一例とし
て、図６に示すような負荷変動がある。このような用途
に燃料電池を適用し、その電力の全て、あるいはほとん
どを燃料電池からまかなう場合、負荷の最大電力をまか
なえる出力をもった機種を設置することになる。この場
合、燃料電池の発電電力は負荷変動に追随して変化する
ことになる。ところで、先に示したように燃料電池の発
電効率は発電出力と深く係わっており、このような負荷
変動を持つ用途で運転を行うと、負荷の要求電力が少な
い時間帯においては燃料電池の効率が極めて悪い。即
ち、このような状態では発電電力に対する燃料の消費量
が多く、経済性が劣るという問題がある。このような問
題は、昼間と夜間の負荷の差が大きい程顕著になり、コ
ージェネレーションシステムに燃料電池を適用した場
合、総合的な経済性の観点から見ると重大な障害とな
る。
ージェネレーションシステムでは、適用しようとしてい
る用途において１日の負荷の変動が大きく、一例とし
て、図６に示すような負荷変動がある。このような用途
に燃料電池を適用し、その電力の全て、あるいはほとん
どを燃料電池からまかなう場合、負荷の最大電力をまか
なえる出力をもった機種を設置することになる。この場
合、燃料電池の発電電力は負荷変動に追随して変化する
ことになる。ところで、先に示したように燃料電池の発
電効率は発電出力と深く係わっており、このような負荷
変動を持つ用途で運転を行うと、負荷の要求電力が少な
い時間帯においては燃料電池の効率が極めて悪い。即
ち、このような状態では発電電力に対する燃料の消費量
が多く、経済性が劣るという問題がある。このような問
題は、昼間と夜間の負荷の差が大きい程顕著になり、コ
ージェネレーションシステムに燃料電池を適用した場
合、総合的な経済性の観点から見ると重大な障害とな
る。
【０００８】本発明は、上記した燃料電池の問題点を改
善するためになされたものであり、その目的は、負荷の
要求電力に応じて負荷が必要とする電力が減少した場合
には、これに応じて燃料ガス，酸化剤ガスの供給量を減
少させるとともに、常に発電効率の高い条件で運転を行
うことができる燃料電池を提供することにある。
善するためになされたものであり、その目的は、負荷の
要求電力に応じて負荷が必要とする電力が減少した場合
には、これに応じて燃料ガス，酸化剤ガスの供給量を減
少させるとともに、常に発電効率の高い条件で運転を行
うことができる燃料電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池においては、燃料ガスが供給され
る燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とを有する
発電部により発電を行う燃料電池において、前記発電部
を複数の発電部分に分割し、前記燃料ガスの流路を前記
発電部分に対応して分割しそれぞれバルブを通して該発
電部分に接続し、前記酸化剤ガスの流路を前記発電部分
に対応して設けるとともにそれぞれの流路に酸化剤供給
用の配送手段を設け、前記発電部に要求される発電出力
を検出しその発電出力に応じて前記バルブと前記配送手
段の動作を制御し前記発電部分の運転する数を制御する
コントロール部を具備し、前記発電部のうち常時運転す
る発電部分から他の発電部分に直列に冷却水を通じるこ
とを特徴とする。
め、本発明の燃料電池においては、燃料ガスが供給され
る燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とを有する
発電部により発電を行う燃料電池において、前記発電部
を複数の発電部分に分割し、前記燃料ガスの流路を前記
発電部分に対応して分割しそれぞれバルブを通して該発
電部分に接続し、前記酸化剤ガスの流路を前記発電部分
に対応して設けるとともにそれぞれの流路に酸化剤供給
用の配送手段を設け、前記発電部に要求される発電出力
を検出しその発電出力に応じて前記バルブと前記配送手
段の動作を制御し前記発電部分の運転する数を制御する
コントロール部を具備し、前記発電部のうち常時運転す
る発電部分から他の発電部分に直列に冷却水を通じるこ
とを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の燃料電池では、発電部を複数の発電部
分に分割し、発電部に供給する燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの流路もそれに対応して分割して、分割した各流路に
バルブもしくは配送手段を設けて、コントロール部によ
り発電部に要求される発電電力に応じて燃料ガスおよび
酸化剤ガスの供給を制御し、運転する発電部の数を制御
する。これにより、燃料ガスと酸化剤ガスの供給量を負
荷の要求電力に応じて制御し、運転している発電部分の
負荷率を高く維持して発電効率を高める。そして、発電
中の発電部分からの冷却水を停止中の発電部分に通じて
おくことにより、停止中の発電部分を運転に必要な温度
に維持し、負荷の増加に伴う発電の再開を短い時間で行
えるようにする。
分に分割し、発電部に供給する燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの流路もそれに対応して分割して、分割した各流路に
バルブもしくは配送手段を設けて、コントロール部によ
り発電部に要求される発電電力に応じて燃料ガスおよび
酸化剤ガスの供給を制御し、運転する発電部の数を制御
する。これにより、燃料ガスと酸化剤ガスの供給量を負
荷の要求電力に応じて制御し、運転している発電部分の
負荷率を高く維持して発電効率を高める。そして、発電
中の発電部分からの冷却水を停止中の発電部分に通じて
おくことにより、停止中の発電部分を運転に必要な温度
に維持し、負荷の増加に伴う発電の再開を短い時間で行
えるようにする。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１２】図１は本発明の一実施例の構成を示す燃料
電池の全体の系統図である。本実施例では、発電部が３
つ（１，１−１，１−２）に分割されており、本実施例
は、これらの発電部１，１−１，１−２に供給する、水
素を主成分とする燃料ガスを原料ガスから作製する改質
器２と、この改質器２を高温で作動させるためのバーナ
３と、このバーナ３と発電部１に空気を送り込むブロワ
ー４と、上記燃料ガスを作製する際に原料ガスへ混入す
る水蒸気を供給する水蒸気発生装置５と、分割された３
つの発電部１，１−１，１−２に反応用空気を供給する
配送手段としてのブロワー７，８，９と、燃料電池の発
電出力を検出して発電電流に応じて前記ブロワー７，
８，９の運転と分割された発電部１，１−１，１−２へ
の燃料供給ライン２２−１，２２−２，２２−３に設け
られたバルブ１０，１０−１，１０−２の開度制御とを
行うコントロール部６を有して成る。図中の各ライン上
に示した矢印は物質の流れの向きを示している。
電池の全体の系統図である。本実施例では、発電部が３
つ（１，１−１，１−２）に分割されており、本実施例
は、これらの発電部１，１−１，１−２に供給する、水
素を主成分とする燃料ガスを原料ガスから作製する改質
器２と、この改質器２を高温で作動させるためのバーナ
３と、このバーナ３と発電部１に空気を送り込むブロワ
ー４と、上記燃料ガスを作製する際に原料ガスへ混入す
る水蒸気を供給する水蒸気発生装置５と、分割された３
つの発電部１，１−１，１−２に反応用空気を供給する
配送手段としてのブロワー７，８，９と、燃料電池の発
電出力を検出して発電電流に応じて前記ブロワー７，
８，９の運転と分割された発電部１，１−１，１−２へ
の燃料供給ライン２２−１，２２−２，２２−３に設け
られたバルブ１０，１０−１，１０−２の開度制御とを
行うコントロール部６を有して成る。図中の各ライン上
に示した矢印は物質の流れの向きを示している。
【００１３】各発電部の基本的な構成は従来例と同様で
ある。即ち、発電部１（１−１，１−２）は、電解質１
４（１４−１，１４−２）を挟んで燃料極１１（１１−
１，１１−２）と酸化剤極１３（１３−１，１３−２）
が配置されて構成されるセルがセパレータ１５（１５−
１，１５−２）を介して多数積層され、一定数のセル毎
に冷却板１２（１２−１，１２−２）が設けられ、各極
１１（１１−１，１１−２），１３（１３−１，１３−
２）の群には電気出力部１６（１６−１，１６−２）が
設けられている。このように、発電部１−１，１−２も
発電部１と同様の構造であり、発電部１，１−１，１−
２とも同一の出力電圧を持つように構成するが、発電部
１−１，１−２については発電出力に応じて極板の有効
面積を発電部１に比べて小さいものとして構成する。冷
却板１２１２−１，１２−２に対しては、水の補給ライ
ン５１から供給された水が水蒸気発生装置５と冷却水ラ
イン５２を通し冷却水として供給され、冷却板１２，１
２−１，１２−２を直列に通過した後、一部の冷却水は
水蒸気発生装置５で水蒸気となる。その際、発電部で集
められた熱の一部は水蒸気発生に必要な熱として利用さ
れる。
ある。即ち、発電部１（１−１，１−２）は、電解質１
４（１４−１，１４−２）を挟んで燃料極１１（１１−
１，１１−２）と酸化剤極１３（１３−１，１３−２）
が配置されて構成されるセルがセパレータ１５（１５−
１，１５−２）を介して多数積層され、一定数のセル毎
に冷却板１２（１２−１，１２−２）が設けられ、各極
１１（１１−１，１１−２），１３（１３−１，１３−
２）の群には電気出力部１６（１６−１，１６−２）が
設けられている。このように、発電部１−１，１−２も
発電部１と同様の構造であり、発電部１，１−１，１−
２とも同一の出力電圧を持つように構成するが、発電部
１−１，１−２については発電出力に応じて極板の有効
面積を発電部１に比べて小さいものとして構成する。冷
却板１２１２−１，１２−２に対しては、水の補給ライ
ン５１から供給された水が水蒸気発生装置５と冷却水ラ
イン５２を通し冷却水として供給され、冷却板１２，１
２−１，１２−２を直列に通過した後、一部の冷却水は
水蒸気発生装置５で水蒸気となる。その際、発電部で集
められた熱の一部は水蒸気発生に必要な熱として利用さ
れる。
【００１４】改質器２へは、原料ガス供給ライン２１を
通して原料ガスが供給され、この原料ガスに水蒸気発生
装置５からの水蒸気が水蒸気供給ライン５３を通して混
入される。これらにより、改質器２で原料ガス中のメタ
ンガス等が水素ガスを主成分とするガスに改質され、こ
のガスが燃料供給ライン２２を経由して各発電部の燃料
極１１，１１−１，１１−２に送られる。このため、燃
料供給ライン２２を３つ（２２−１，２２−２，２２−
３）に分岐し、それぞれにバルブ１０，１０−１，１０
−２を設けて、燃料極１１，１１−１，１１−２に接続
する。各燃料極１１，１１−１，１１−１２からの排出
ガスは、燃焼ガス排出ライン３１を通してバーナ３に燃
料として供給され、ブロワー４からの空気で排ガス中の
未反応の水素が燃焼される。このため、各燃料極１１，
１１−１，１１−２からの燃料ガス排出ライン３１を合
体してバーナ３に接続する。一方、発電部１，１−１，
１−２については、各々ブロワー７，８，９から反応用
空気供給ライン７１，８１，９１を通して反応用空気を
送り、それぞれの発電部１，１−１，１−２からの反応
後の空気を反応後空気排出ライン４２を通して排出す
る。
通して原料ガスが供給され、この原料ガスに水蒸気発生
装置５からの水蒸気が水蒸気供給ライン５３を通して混
入される。これらにより、改質器２で原料ガス中のメタ
ンガス等が水素ガスを主成分とするガスに改質され、こ
のガスが燃料供給ライン２２を経由して各発電部の燃料
極１１，１１−１，１１−２に送られる。このため、燃
料供給ライン２２を３つ（２２−１，２２−２，２２−
３）に分岐し、それぞれにバルブ１０，１０−１，１０
−２を設けて、燃料極１１，１１−１，１１−２に接続
する。各燃料極１１，１１−１，１１−１２からの排出
ガスは、燃焼ガス排出ライン３１を通してバーナ３に燃
料として供給され、ブロワー４からの空気で排ガス中の
未反応の水素が燃焼される。このため、各燃料極１１，
１１−１，１１−２からの燃料ガス排出ライン３１を合
体してバーナ３に接続する。一方、発電部１，１−１，
１−２については、各々ブロワー７，８，９から反応用
空気供給ライン７１，８１，９１を通して反応用空気を
送り、それぞれの発電部１，１−１，１−２からの反応
後の空気を反応後空気排出ライン４２を通して排出す
る。
【００１５】以上に述べたブロワー７，８，９はコント
ロール用信号線６−１でコントロール部６と結ばれ、バ
ルブ１０，１０−１，１０−２はコントロール用信号線
６−２でコントロール部６と結ばれて、コントロール部
６からの制御を受け、動作あるいは開度が調整される。
コントロール部６は、燃料電池の発電出力を検出して負
荷の要求電力に応じたその動作あるいは開度の調整を行
い、発電部１，１−１，１−２の発電をコントロールし
て、燃料電池全体の発電量を制御する。
ロール用信号線６−１でコントロール部６と結ばれ、バ
ルブ１０，１０−１，１０−２はコントロール用信号線
６−２でコントロール部６と結ばれて、コントロール部
６からの制御を受け、動作あるいは開度が調整される。
コントロール部６は、燃料電池の発電出力を検出して負
荷の要求電力に応じたその動作あるいは開度の調整を行
い、発電部１，１−１，１−２の発電をコントロールし
て、燃料電池全体の発電量を制御する。
【００１６】以上のように構成した一実施例の具体的な
制御の動作および作用を述べる。
制御の動作および作用を述べる。
【００１７】図１における実施例において、電気出力部
１６，１６−１，１６−２は並列状態に接続して使用す
るものとし、この実施例においては、発電部１，１−
１，１−２の出力は１例としてそれぞれ１００ｋｗ，５
０ｋｗ，５０ｋｗとして説明する。なお、この場合、各
発電部１，１−１，１−２で使用されている極板につい
ては、最大出力時の出力電圧を同一とするため枚数は同
じに設計されるが、大きさについては、発電部１−１，
１−２で使用されているものは発電部１の１／２となっ
ている。この場合、燃料電池の最大出力は２００ｋｗで
あるので、負荷が２００ｋｗを要求する場合には、全て
の発電部で発電を行う。負荷の必要とする電力が低下し
た場合には、低下量に伴い、発電部１−２，発電部１−
１への燃料と空気の供給を停止し発電を停止させる。逆
に、負荷の電力が増加した場合には、燃料と空気の供給
を開始し、発電部１−２と発電部１−１での発電を開始
する。この時、各電気出力部１６，１６−１，１６−２
は並列接続されているので、出力部の切り換えを行って
も大きな電圧変動は起こすことなく、発電電流の減少お
よび増加によって出力調整を行うことができる。このよ
うな出力調整によって負荷の要求電力に応じて燃料ガス
と酸化剤ガスの供給量が制御されるとともに、各発電部
１，１−１，１−２は高い負荷率が維持され、負荷の要
求電力が低減したときにも、高い発電効率が得られる。
なお、ここで、発電部の冷却水は冷却水ライン５２を通
して各発電部１，１−１，１−２に通じているので、発
電部１−１，１−２は停止中であっても運転に必要な温
度に維持され、負荷の増加に伴う発電の再開も短かい時
間で行うことが出来る。
１６，１６−１，１６−２は並列状態に接続して使用す
るものとし、この実施例においては、発電部１，１−
１，１−２の出力は１例としてそれぞれ１００ｋｗ，５
０ｋｗ，５０ｋｗとして説明する。なお、この場合、各
発電部１，１−１，１−２で使用されている極板につい
ては、最大出力時の出力電圧を同一とするため枚数は同
じに設計されるが、大きさについては、発電部１−１，
１−２で使用されているものは発電部１の１／２となっ
ている。この場合、燃料電池の最大出力は２００ｋｗで
あるので、負荷が２００ｋｗを要求する場合には、全て
の発電部で発電を行う。負荷の必要とする電力が低下し
た場合には、低下量に伴い、発電部１−２，発電部１−
１への燃料と空気の供給を停止し発電を停止させる。逆
に、負荷の電力が増加した場合には、燃料と空気の供給
を開始し、発電部１−２と発電部１−１での発電を開始
する。この時、各電気出力部１６，１６−１，１６−２
は並列接続されているので、出力部の切り換えを行って
も大きな電圧変動は起こすことなく、発電電流の減少お
よび増加によって出力調整を行うことができる。このよ
うな出力調整によって負荷の要求電力に応じて燃料ガス
と酸化剤ガスの供給量が制御されるとともに、各発電部
１，１−１，１−２は高い負荷率が維持され、負荷の要
求電力が低減したときにも、高い発電効率が得られる。
なお、ここで、発電部の冷却水は冷却水ライン５２を通
して各発電部１，１−１，１−２に通じているので、発
電部１−１，１−２は停止中であっても運転に必要な温
度に維持され、負荷の増加に伴う発電の再開も短かい時
間で行うことが出来る。
【００１８】このような燃料電池の運転による発電出力
と効率の関係を図２に示す。ここでは、上記したように
最大２００ｋｗの燃料電池を例にしている。即ち、全発
電部の発電による出力は実線で示され、１００ｋｗまで
の発電に対しては発電部１だけの発電による出力（破
線）とほぼ同一の効率が得られる。しかし、これ以下に
なると徐々に効率は低下し、５０ｋｗ出力時には２０％
程度になってしまう。そこで、このような負荷状況にな
ったとき、具体的には負荷率５０％の図２のＡ点になっ
たときには、半分の発電部、即ち発電部１で発電を行
う。このシステムでは、半分の発電部を動作させるとし
ても、燃料電池を運転するための補機（特に改質器に空
気を供給するブロワ）が半分の発電部に対する最適設計
状態ではないこと（つまり、２００ｋｗ用の大きさの機
器類が使用されており、これは１００ｋｗ機として見た
場合には過大な装置となり、補機の消費電力低減等を考
慮した最適設計ではないこと。）や、冷却水が休止中の
発電部にも通じている等のため、この時の効率はやや低
下する。しかし、７５〜５０ｋｗの出力領域では全発電
部を使用した時に比べ高い効率で発電することが出来
る。
と効率の関係を図２に示す。ここでは、上記したように
最大２００ｋｗの燃料電池を例にしている。即ち、全発
電部の発電による出力は実線で示され、１００ｋｗまで
の発電に対しては発電部１だけの発電による出力（破
線）とほぼ同一の効率が得られる。しかし、これ以下に
なると徐々に効率は低下し、５０ｋｗ出力時には２０％
程度になってしまう。そこで、このような負荷状況にな
ったとき、具体的には負荷率５０％の図２のＡ点になっ
たときには、半分の発電部、即ち発電部１で発電を行
う。このシステムでは、半分の発電部を動作させるとし
ても、燃料電池を運転するための補機（特に改質器に空
気を供給するブロワ）が半分の発電部に対する最適設計
状態ではないこと（つまり、２００ｋｗ用の大きさの機
器類が使用されており、これは１００ｋｗ機として見た
場合には過大な装置となり、補機の消費電力低減等を考
慮した最適設計ではないこと。）や、冷却水が休止中の
発電部にも通じている等のため、この時の効率はやや低
下する。しかし、７５〜５０ｋｗの出力領域では全発電
部を使用した時に比べ高い効率で発電することが出来
る。
【００１９】なお、発電部の分割数は上記した３つに限
定されるものではなく、負荷の変動量を考慮して２つあ
るいは４つ以上の複数にしても良いことは当然である。
このように本発明は、その主旨に沿って種々に応用さ
れ、種々の実施態様を取り得るものである。
定されるものではなく、負荷の変動量を考慮して２つあ
るいは４つ以上の複数にしても良いことは当然である。
このように本発明は、その主旨に沿って種々に応用さ
れ、種々の実施態様を取り得るものである。
【００２０】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
燃料電池によれば、発電部を複数の発電部分に分割し、
分割された各発電部分の各電極に対し燃料と酸化剤を個
別に供給することが可能となるような構造として、燃料
電池から電力の供給を受ける負荷の要求電力が変動した
場合には、燃料と酸化剤の供給を制御して、運転する発
電部分の数を増減することにより、常に発電効率の高い
運転条件によって発電することが出来るとともに、発電
中の発電部分からの冷却水を停止中の発電部分に通じて
おくことにより、停止中の発電部分が運転に必要な温度
に維持され、負荷の増加に伴う発電の再開を短い時間で
行うことが出来る。したがって、この様な発明を実施し
ない従来の燃料電池に比べ、使用する燃料の量が削減さ
れ、例えばコージェネレーションシステムに燃料電池を
適用した場合、運転経費が低減され経済的で、かつ負荷
の増加にも応答性の良いシステムを実現することが出来
る。
燃料電池によれば、発電部を複数の発電部分に分割し、
分割された各発電部分の各電極に対し燃料と酸化剤を個
別に供給することが可能となるような構造として、燃料
電池から電力の供給を受ける負荷の要求電力が変動した
場合には、燃料と酸化剤の供給を制御して、運転する発
電部分の数を増減することにより、常に発電効率の高い
運転条件によって発電することが出来るとともに、発電
中の発電部分からの冷却水を停止中の発電部分に通じて
おくことにより、停止中の発電部分が運転に必要な温度
に維持され、負荷の増加に伴う発電の再開を短い時間で
行うことが出来る。したがって、この様な発明を実施し
ない従来の燃料電池に比べ、使用する燃料の量が削減さ
れ、例えばコージェネレーションシステムに燃料電池を
適用した場合、運転経費が低減され経済的で、かつ負荷
の増加にも応答性の良いシステムを実現することが出来
る。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す系統図
【図２】上記実施例における発電効率を示す図
【図３】従来例の燃料電池の構成を示す系統図
【図４】上記従来例の発電部の構成図
【図５】上記従来例の燃料電池の発電効率を示す図
【図６】１日の負荷電力の推移例を示す図
１，１−１，１−２…発電部、２…改質器、３…バー
ナ、４…ブロワ、５…水蒸気発生装置、６…コントロー
ル部、６−１，６−２…コントロール用信号線、７，
８，９…ブロワー、１０，１０−１，１０−２…バル
ブ、１１，１１−１，１１−２…燃料極、１２，１２−
１，１２−２…冷却板、１３，１３−１，１３−２…酸
化剤極、１４，１４−１，１４−２…電解質、１６，１
６−１，１６−２…電気出力部、２１…原料ガス供給ラ
イン、２２，２２−１，２２−２，２２−３…燃料供給
ライン、３１…燃料ガス排出ライン、４２…反応後空気
排出ライン、５１…水の補給ライン、５２…冷却水ライ
ン、５３…水蒸気供給ライン、７１，８１，９１…反応
用空気供給ライン。
ナ、４…ブロワ、５…水蒸気発生装置、６…コントロー
ル部、６−１，６−２…コントロール用信号線、７，
８，９…ブロワー、１０，１０−１，１０−２…バル
ブ、１１，１１−１，１１−２…燃料極、１２，１２−
１，１２−２…冷却板、１３，１３−１，１３−２…酸
化剤極、１４，１４−１，１４−２…電解質、１６，１
６−１，１６−２…電気出力部、２１…原料ガス供給ラ
イン、２２，２２−１，２２−２，２２−３…燃料供給
ライン、３１…燃料ガス排出ライン、４２…反応後空気
排出ライン、５１…水の補給ライン、５２…冷却水ライ
ン、５３…水蒸気供給ライン、７１，８１，９１…反応
用空気供給ライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 崇 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−24570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−150664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−206173（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガ
スが供給される酸化剤極とを有する発電部により発電を
行う燃料電池において、 前 記発電部を複数の発電部分に分割し、 前 記燃料ガスの流路を前記発電部分に対応して分割しそ
れぞれバルブを通して該発電部分に接続し、 前 記酸化剤ガスの流路を前記発電部分に対応して設ける
とともにそれぞれの流路に酸化剤供給用の配送手段を設
け、 前 記発電部に要求される発電出力を検出しその発電出力
に応じて前記バルブと前記配送手段の動作を制御し前記
発電部分の運転する数を制御するコントロール部を具備
し、 前記発電部のうち常時運転する発電部分から他の発電部
分に直列に冷却水を通じる ことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023070A JP3050616B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023070A JP3050616B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04262370A JPH04262370A (ja) | 1992-09-17 |
| JP3050616B2 true JP3050616B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=12100145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3023070A Expired - Fee Related JP3050616B2 (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3050616B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4081896B2 (ja) | 1998-12-02 | 2008-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP3800086B2 (ja) | 2001-12-19 | 2006-07-19 | 日産自動車株式会社 | 車両用燃料電池パワープラント |
| JP5482108B2 (ja) * | 2009-11-02 | 2014-04-23 | 株式会社Ｇｓユアサ | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
| US20180159154A1 (en) * | 2015-05-26 | 2018-06-07 | Kyocera Corporation | Power generation apparatus, power generation system, and control method for power generation system |
| JP7048416B2 (ja) * | 2018-05-29 | 2022-04-05 | 株式会社東芝 | 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法 |
| JP7047723B2 (ja) * | 2018-11-20 | 2022-04-05 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3023070A patent/JP3050616B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04262370A (ja) | 1992-09-17 |
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