JPH07249423A - Fuel cell power generating device - Google Patents

Fuel cell power generating device

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JPH07249423A
JPH07249423A JP6040175A JP4017594A JPH07249423A JP H07249423 A JPH07249423 A JP H07249423A JP 6040175 A JP6040175 A JP 6040175A JP 4017594 A JP4017594 A JP 4017594A JP H07249423 A JPH07249423 A JP H07249423A
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JP
Japan
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temperature
unit cell
gas
fuel cell
detecting means
Prior art date
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Application number
JP6040175A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Yajima
亮 矢嶋
Katsunori Sakai
勝則 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH07249423A publication Critical patent/JPH07249423A/en
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Abstract

PURPOSE:To judge a cause of abnormality of supply of the coolant and abnormality of the load current, and to quickly cope with the abnormality so as to prevent the deterioration of a fuel cell by detecting a temperature to be compared with a reference temperature. CONSTITUTION:Temperature detecting means 7a-7c are arranged in a laminated body 2, which is formed of plural cells, at predetermined positions to detect the distribution of temperature, and a control means 8 compares them with a preset reference temperature. In the case where a detected temperature exceeds an allowable range, excess and lack of the supplying flow quantity of the fuel gas, oxidant gas and the coolant and overflow of the load current quantity.is judged. On the basis of a result of the detection, the control means 8 controls flow quantity of the fuel gas, oxidant gas and the coolant with flow quantity control valves 9, 10, 11 and stops the battery for protection with switch valves 13, 14. Abnormality can be thereby detected and coped with in a short time to prevent the deterioration of a fuel cell.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に関
し、特に、燃料電池本体に供給する反応ガス量または冷
媒量の不足を検知し、燃料電池本体を保護する手段を施
した燃料電池発電装置に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generator, and more particularly to a fuel cell power generator equipped with a means for protecting the fuel cell body by detecting a shortage of the amount of reaction gas or refrigerant supplied to the fuel cell body. Related to the device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、燃料の有する化学エネルギーを直
接電気的エネルギーに変換する装置として、燃料電池が
知られている。この燃料電池は、一般的に、多孔質性材
料を使用した一対の電極間に、電解質を保持するマトリ
ックス層を挟み、一方の電極の背面に反応ガスとして燃
料ガスを接触させるとともに、他方の電極の背面に反応
ガスとして酸化剤ガスを接触させることにより、この時
に生じる電気化学反応を利用して前記電極間から電気エ
ネルギーを取り出すように構成した装置である。電解質
としては、酸性溶液、溶融炭酸塩、アルカリ溶液などが
あるが、現在は、リン酸を用いたリン酸型燃料電池が最
も実用化に近いと言われている。2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell has been known as a device for directly converting chemical energy of fuel into electric energy. In this fuel cell, generally, a matrix layer holding an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes made of a porous material, and the fuel gas is brought into contact with the back surface of one electrode as a reaction gas and the other electrode is By bringing an oxidant gas as a reaction gas into contact with the back surface of the device, electric energy is taken out from between the electrodes by utilizing an electrochemical reaction generated at this time. Examples of electrolytes include acidic solutions, molten carbonates, and alkaline solutions. At present, phosphoric acid fuel cells using phosphoric acid are said to be most practical.

【０００３】図１０は、この種の燃料電池のうち、電解
質としてリン酸を使用したリン酸型燃料電池の構成の一
例を示す斜視図である。この図１０に示すように、燃料
電池本体には、発電のための単電池１がガス分離板３を
介して複数個積層されてなる単電池積層体２が設けられ
ている。FIG. 10 is a perspective view showing an example of the structure of a phosphoric acid type fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte of this type of fuel cell. As shown in FIG. 10, the fuel cell main body is provided with a unit cell stack 2 in which a plurality of unit cells 1 for power generation are stacked with a gas separating plate 3 interposed therebetween.

【０００４】単電池１は、多孔質性材料を使用した一対
のアノード１ａ電極とカソード１ｂ電極が、リン酸を含
浸したマトリックス層１ｃを挟んで配置されて構成され
ている。この一対の電極１ａ，１ｂには、それぞれマト
リックス層１ｃと対向する面に、白金などによる触媒が
塗布されている。そして、アノード電極１ａの背面に
は、水素などの燃料ガスが流通する燃料流通溝が、一
方、カソード電極１ｂの背面には、酸素などの酸化剤ガ
スが流通する酸化剤流通溝が、それぞれ形成されてい
る。The unit cell 1 is constructed by arranging a pair of an anode 1a electrode and a cathode 1b electrode made of a porous material with a matrix layer 1c impregnated with phosphoric acid interposed therebetween. Each of the pair of electrodes 1a and 1b is coated with a catalyst such as platinum on the surface facing the matrix layer 1c. Further, a fuel flow groove through which a fuel gas such as hydrogen flows is formed on the back surface of the anode electrode 1a, and an oxidant flow groove through which an oxidant gas such as oxygen flows is formed on the back surface of the cathode electrode 1b. Has been done.

【０００５】このような単電池は、運転時には余剰熱を
除去・冷却して、例えば２００℃程度の一定温度に維持
する必要がある。このため、単電池積層体２は、複数個
の単電池１を積層し、各単電池１間にガス分離板３０を
それぞれ挿入して、一つのサブスタックを形成し、この
ようなサブスタックと、熱を排出するための冷却板とを
交互に複数個積層して構成される。なお、ガス分離板３
０は、アノード電極１ａとカソード電極１ｂにそれぞれ
に供給される反応ガスを区分すると共に、単電池１間の
電気的接続を確保するように構成されている。また、冷
却板４は、内部に水などの冷媒を流すことにより、単電
池積層体の温度調節を行うように構成されている。In such a unit cell, it is necessary to remove and cool excess heat during operation and maintain the temperature at a constant temperature of, for example, about 200 ° C. Therefore, the unit cell stack 2 is formed by stacking a plurality of unit cells 1 and inserting the gas separation plates 30 between the unit cells 1 to form one sub-stack. , A plurality of cooling plates for discharging heat are alternately laminated. The gas separation plate 3
0 is configured to separate the reaction gas supplied to the anode electrode 1a and the cathode electrode 1b, respectively, and to secure the electrical connection between the unit cells 1. Further, the cooling plate 4 is configured to adjust the temperature of the unit cell stack by causing a coolant such as water to flow inside.

【０００６】このような単電池積層体２には、単電池積
層体２で生じた電流を取り出すために、その上下の端部
に集電板６が配置されている。一方、単電池積層体２の
側面には、単電池積層体２に燃料ガスと酸化剤ガスを供
給・排出するガスマニホールド５が配置されている。In such a unit cell stack 2, a current collector plate 6 is arranged at the upper and lower ends of the unit cell stack 2 in order to extract the current generated in the unit cell stack 2. On the other hand, on the side surface of the unit cell stack 2, a gas manifold 5 for supplying and discharging the fuel gas and the oxidant gas to the unit cell stack 2 is arranged.

【０００７】以上のような構成を有するリン酸型の燃料
電池では、各単電池において、アノード電極１ａに供給
された水素が、アノード電極１ａに塗布された触媒の作
用により、次のような反応が起こる。In the phosphoric acid type fuel cell having the above structure, in each unit cell, the hydrogen supplied to the anode electrode 1a reacts as follows due to the action of the catalyst applied to the anode electrode 1a. Happens.

【０００８】[0008]

【化１】Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ[Chemical formula 1] H 2 → 2H + + 2e

【０００９】この水素の解離反応により発生した水素イ
オン（Ｈ+ ）は、マトリックス層１ｃに蓄えられたリン
酸中を移動し、カソード電極１ｂに達する。一方、電子
（ｅ）は、アノード電極１ａから外部回路を流れ、電力
負荷を通って仕事をし、カソード電極１ｂに達する。そ
して、アノード電極１ａから移動してきた水素イオン
（Ｈ+ ）と、カソード電極１ｂに供給された酸素
（Ｏ2 ）と、外部回路で仕事をしてきた電子（ｅ）とに
より、カソード電極１ｂに塗布された触媒の作用によっ
て、次のような反応が起こる。Hydrogen ions (H + ) generated by the dissociation reaction of hydrogen move in phosphoric acid stored in the matrix layer 1c and reach the cathode electrode 1b. On the other hand, the electrons (e) flow through the external circuit from the anode electrode 1a, work through the power load, and reach the cathode electrode 1b. Then, the hydrogen ions (H + ) transferred from the anode electrode 1a, the oxygen (O 2 ) supplied to the cathode electrode 1b, and the electrons (e) working in the external circuit are applied to the cathode electrode 1b. The following reaction occurs due to the action of the generated catalyst.

【００１０】[0010]

【化２】４Ｈ+ ＋Ｏ2 ＋４ｅ → ２Ｈ2 Ｏ[Chemical formula 2] 4H + + O 2 + 4e → 2H 2 O

【００１１】したがって、単電池では、水素が酸化され
て水になると共に、このときの化学エネルギーが外部の
電気負荷に与える電気エネルギーとなる。このようにし
て、単電池の電池としての全反応が完結する。なお、上
記の単電池１における反応は発熱反応となるが、これ
は、単電池積層体２内部に挿入されている冷却板４によ
り冷却される。Therefore, in the unit cell, hydrogen is oxidized into water and the chemical energy at this time becomes electric energy to be given to the external electric load. In this way, the entire reaction of the unit cell as a battery is completed. The reaction in the unit cell 1 described above becomes an exothermic reaction, which is cooled by the cooling plate 4 inserted inside the unit cell stack 2.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池が
発電を行うためには、各電極１ａ，１ｂにそれぞれの反
応ガスが、十分に供給されている必要がある。しかし、
要求される電気エネルギー（発電量）に対し、反応ガス
がどちらか一方でも不足した場合には、次のような問題
が発生する。By the way, in order for the fuel cell to generate electric power, it is necessary that the respective reaction gases are sufficiently supplied to the electrodes 1a and 1b. But,
When the reaction gas is insufficient for either one of the required electric energy (power generation amount), the following problems occur.

【００１３】すなわち、例えば、カソード電極１ｂにお
いて、供給される酸化剤ガス量が不足した場合は、酸化
剤ガスが単電池積層体２全体に行き渡らず、反応は酸化
剤ガスの供給される付近（酸化剤ガス入口付近）に集中
して、この部分の発熱量が、正常な状態に比べ増加する
ことになる。一方、酸化剤ガスが排出される付近（酸化
剤ガス出口付近）では、酸化剤ガスの供給が不十分とな
って反応は余り起こらず、正常な状態に比べて発熱量が
低下することになる。このような酸化剤ガス入口付近で
の温度上昇によりカソード電極１ｂが高温になると、電
池に蓄えられているリン酸電解質の蒸発や、触媒等の劣
化が急速に進行して、電池の寿命を短縮する原因とな
る。これでは、燃料電池の安定した長期間運転の障害と
なる。That is, for example, when the amount of the oxidant gas supplied to the cathode electrode 1b is insufficient, the oxidant gas does not spread to the entire unit cell stack 2, and the reaction proceeds near the supply of the oxidant gas ( The heat generation amount in this portion is increased in comparison with the normal state by concentrating on the vicinity of the oxidant gas inlet). On the other hand, in the vicinity where the oxidant gas is discharged (near the oxidant gas outlet), the supply of the oxidant gas is insufficient and the reaction rarely occurs, and the calorific value is lower than in the normal state. . When the temperature of the cathode electrode 1b becomes high due to such a temperature rise near the oxidant gas inlet, evaporation of the phosphoric acid electrolyte stored in the battery and deterioration of the catalyst and the like rapidly progress to shorten the battery life. Cause This hinders stable long-term operation of the fuel cell.

【００１４】このような現象は、アノード電極１ａで燃
料ガスが不足した場合にも同様に起こる。しかも、燃料
ガスの不足が著しい場合、燃料ガス出口付近では、カソ
ード電極１ｂに水素イオンが供給されないため、水の生
成反応が起こらない。そして、水の生成反応に代わり
に、次のような電極および冷却板の材料である炭素を腐
食する反応が起こる。Such a phenomenon similarly occurs when the fuel gas is insufficient in the anode electrode 1a. Moreover, when the fuel gas is extremely insufficient, hydrogen ions are not supplied to the cathode electrode 1b in the vicinity of the fuel gas outlet, so that the water generation reaction does not occur. Then, instead of the water generation reaction, the following reaction that corrodes carbon that is the material of the electrodes and the cooling plate occurs.

【００１５】[0015]

【化３】Ｃ ＋ ２Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 この反応が進行すると、燃料電池の主な構成材料に欠損
が生じて、燃料電池の運転が不可能になる。## STR00003 ## C + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 When this reaction proceeds, the main constituent materials of the fuel cell become defective, and the fuel cell becomes inoperable.

【００１６】ここで、燃料ガスや酸化剤ガスの供給流量
が不足した場合、電気エネルギー量（発電量）が低下す
る。すなわち、単電池積層体２で発生する電圧が低下す
ることになる。したがって、従来の燃料電池では、上記
のような異常の発生を防止するために、単電池積層体２
の電圧を検知し、その電圧がある一定値以下になった時
に、燃料電池に異常が発生したと判断する異常検知方法
が取られている。Here, when the supply flow rates of the fuel gas and the oxidant gas are insufficient, the amount of electric energy (the amount of power generation) decreases. That is, the voltage generated in the unit cell stack 2 is reduced. Therefore, in the conventional fuel cell, in order to prevent the occurrence of the above abnormality, the unit cell stack 2
Is detected, and when the voltage becomes a certain value or less, it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell.

【００１７】しかしながら、このような単電池積層体の
電圧による異常検知方法のみでは、燃料ガスまたは酸化
剤ガスのどちらの反応ガスの不足により電圧が低下した
か、を特定することはできない。しかも、異常を特定す
るために燃料電池の運転を一旦停止すると、発電信頼性
が大幅に低下することになる。したがって、異常が発生
した場合には、燃料電池の運転を継続しながら、正常な
状態とすることが望まれている。これには、燃料電池に
燃料ガスと酸化剤ガスの両方を供給して、両方の反応ガ
ス量を増加させることが考えられる。しかし、この場
合、異常発生時に正常な供給流量であった方の反応ガス
は、過剰に供給されることになる。この場合も、その反
応ガス入口付近で集中して反応が起こり、前記反応ガス
の不足時と同様に発熱量が増加するため、燃料電池の寿
命を短縮することになる。However, it is not possible to specify which of the fuel gas and the oxidant gas has decreased due to the shortage of the reaction gas only by such an abnormality detection method based on the voltage of the unit cell stack. Moreover, once the operation of the fuel cell is stopped in order to identify the abnormality, the power generation reliability will be significantly reduced. Therefore, when an abnormality occurs, it is desired to keep the fuel cell in a normal state while continuing the operation. For this purpose, it is considered that both the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the fuel cell to increase the amounts of both reaction gases. However, in this case, the reaction gas having the normal supply flow rate when the abnormality occurs is excessively supplied. In this case as well, the reaction occurs intensively near the reaction gas inlet, and the calorific value increases similarly to when the reaction gas is insufficient, so that the life of the fuel cell is shortened.

【００１８】また、従来技術では、単電池積層体２で発
生する熱は、各サブスタック間に配設された冷却板４に
水などの冷媒を流通することにより冷却されているが、
この冷媒の流通量が発電量に比べて不足している場合に
も、各単電池が高温となる。このような場合にも、前記
と同様に、電池に蓄えられているリン酸電解質の蒸発や
触媒等の劣化が急速に進行することになり、電池の寿命
が短縮され、燃料電池の安定した長期間運転の障害とな
る。In the prior art, the heat generated in the unit cell stack 2 is cooled by circulating a coolant such as water through the cooling plates 4 arranged between the sub-stacks.
Even when the flow rate of the refrigerant is insufficient as compared with the power generation rate, the temperature of each cell becomes high. Even in such a case, similarly to the above, the evaporation of the phosphoric acid electrolyte stored in the cell and the deterioration of the catalyst, etc. will progress rapidly, the life of the cell will be shortened, and the stable long life of the fuel cell will be achieved. It becomes an obstacle to driving for a certain period.

【００１９】このような冷却板４の冷媒の流通量が不足
した状態を検知するために、単電池積層体の温度を検出
する方法が考えられるが、単電池の温度は、反応ガスの
流量および電流量によっても変化する。したがって、１
点のみの温度の測定では、冷媒量の不足を検知するのは
困難である。A method of detecting the temperature of the unit cell stack is conceivable in order to detect such a state in which the amount of refrigerant flowing through the cooling plate 4 is insufficient. The temperature of the unit cell depends on the flow rate of the reaction gas and It also changes depending on the amount of current. Therefore, 1
It is difficult to detect the shortage of the refrigerant amount by measuring the temperature of only the points.

【００２０】本発明は、上記のような欠点を解消するた
めに提案されたものであり、その目的は、燃料電池に供
給される燃料ガス・酸化剤ガス・冷媒の供給流量のいず
れかが不足・過剰となる異常時、または燃料電池に要求
される電力量が過大・過少となる場合に、その原因を単
一の検出手段により判断し、その結果に応じて、電池の
発電効率を低下させることなく、電池の劣化を防ぐため
の適切な対応を講じることが可能な燃料電池発電装置を
提供することにある。The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned drawbacks, and an object thereof is to supply either a fuel gas, an oxidant gas, or a refrigerant in an insufficient flow rate to be supplied to a fuel cell.・ In the event of excessive abnormalities, or when the amount of power required by the fuel cell is too large or too small, the cause is determined by a single detection means, and the power generation efficiency of the cell is reduced according to the result. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation device that can take appropriate measures to prevent the deterioration of the battery.

【００２１】[0021]

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明では、一対の電極間に電解質層を挟んで単
電池を形成し、この単電池を複数積層し、各単電池間に
ガス分離板をそれぞれ挿入してサブスタックを形成し、
このサブスタックと冷却板とを交互に複数個積層して単
電池積層体を形成してなる燃料電池発電装置において、
前記単電池積層体の１個または複数個の単電池に、その
単電池内の温度を検出する温度検出手段がそれぞれ複数
個配設され、前記温度検出手段には、少なくとも燃料ガ
スの供給流量を制御する制御手段が接続され、前記制御
手段では、前記温度検出手段で検出した同一単電池の温
度分布と、予め設定した基準温度の許容範囲とを比較
し、許容範囲を超えた場合に、前記単電池積層体に供給
する燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒のうち少なくとも一つ
以上の供給流量を制御するように構成されていることを
特徴としている。In order to achieve the above object, in the present invention, a unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, and a plurality of the unit cells are laminated to form a unit cell. Gas separation plates are inserted in each to form a sub-stack,
In a fuel cell power generation device formed by alternately stacking a plurality of sub-stacks and cooling plates to form a unit cell stack,
One or a plurality of unit cells of the unit cell stack is provided with a plurality of temperature detecting means for detecting the temperature in the unit cells, and the temperature detecting means is provided with at least a fuel gas supply flow rate. A control unit for controlling is connected, and in the control unit, the temperature distribution of the same single cell detected by the temperature detection unit is compared with an allowable range of a preset reference temperature, and when the allowable range is exceeded, the It is characterized in that it is configured to control the supply flow rate of at least one or more of fuel gas, oxidant gas, and refrigerant supplied to the unit cell stack.

【００２２】特に、制御手段は、前記温度検出手段で検
出した同一単電池の温度分布と、予め設定した基準温度
の許容範囲とを比較し、許容範囲を超えた場合に、燃料
ガス、酸化剤ガス、冷媒のうち少なくとも一つ以上の供
給流量を制御する以外に、燃料電池を停止させることも
可能に構成されていることが望ましい。In particular, the control means compares the temperature distribution of the same cell detected by the temperature detecting means with a preset allowable range of the reference temperature, and when the allowable range is exceeded, the fuel gas and the oxidant are exceeded. It is desirable that the fuel cell can be stopped in addition to controlling the supply flow rate of at least one of gas and refrigerant.

【００２３】また、温度検出手段は、サブスタックの積
層方向中央部の単電池に設けられていることが望まし
い。さらに、温度検出手段は、単電池積層体の上部また
は中央部のサブスタックの単電池に設けられていること
が望ましい。Further, it is desirable that the temperature detecting means is provided in the unit cell at the central portion in the stacking direction of the sub-stack. Further, it is desirable that the temperature detecting means is provided in the unit cell of the sub-stack at the upper part or the central part of the unit cell stack.

【００２４】[0024]

【作用】上記のような構成により、複数個の温度検出手
段で検出した同一単電池の温度分布を、制御手段に予め
設定された基準温度の許容範囲と比較することにより、
燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒の供給流量のいずれが不足
しているか、あるいは負荷電流量が過大であるか、ある
いはそれ以外の異常が生じているかを判断することがで
きる。そして、制御手段では、その結果に基づいて、燃
料ガス、酸化剤ガス、冷媒の供給流量のうち少なくとも
一つ以上を制御する、または電池を保護停止することに
より、電池の発電効率を低下させることなく、電池の劣
化を防止し、燃料電池の性能を長期間に渡って維持し得
るような、優れた燃料電池発電とすることができる。With the above configuration, by comparing the temperature distribution of the same unit cell detected by the plurality of temperature detecting means with the allowable range of the reference temperature preset in the control means,
It is possible to determine whether the supply flow rate of the fuel gas, the oxidant gas, or the refrigerant is insufficient, the load current amount is excessive, or other abnormality occurs. Then, the control means reduces the power generation efficiency of the battery by controlling at least one or more of the supply flow rates of the fuel gas, the oxidant gas and the refrigerant, or by stopping the protection of the battery, based on the result. In addition, it is possible to achieve excellent fuel cell power generation that can prevent deterioration of the cell and maintain the performance of the fuel cell for a long period of time.

【００２５】なお、温度検出手段は、サブスタックの積
層方向中央部に配設することにより、冷却板による冷却
の影響が小さく、許容範囲を小さくすることができる。
これにより、異常の迅速な検出が可能となる。By disposing the temperature detecting means at the central portion in the stacking direction of the sub-stack, the influence of cooling by the cooling plate is small and the allowable range can be reduced.
As a result, it is possible to quickly detect the abnormality.

【００２６】さらに、温度検出手段を反応ガスの流れに
くくなる単電池積層体の上部サブスタックに設けること
により、反応ガスの流量が少しでも低下した場合には、
迅速に検知することができ、安全性の高い燃料電池発電
装置となる。また、単電池積層体の中央部サブスタック
に設けることにより、燃料電池の平均的な状態を常時監
視することができる。Further, by providing the temperature detecting means in the upper sub-stack of the unit cell stack in which the reaction gas does not easily flow, even if the flow rate of the reaction gas is reduced,
The fuel cell power generator can be detected quickly and has high safety. Further, by providing the central sub-stack of the unit cell stack, the average state of the fuel cell can be constantly monitored.

【００２７】[0027]

【実施例】以下、本発明による燃料電池発電装置の一実
施例について、図面を参照して具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the fuel cell power generator according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【００２８】（１）実施例の構成 図１は、本発明をリターンフロー形の燃料電池発電装置
に適用した実施例の構成を示すブロック図である。な
お、前述の図１０に示す従来技術の従来技術と同一部分
には同一符号を付し、説明を省略する。(1) Configuration of Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a return flow type fuel cell power generator. The same parts as those of the conventional technique shown in FIG. 10 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【００２９】本実施例は、図１に示すように、単電池積
層体２には、第１ガスマニホールド５ａを介して燃料ガ
スの供給路２１と排出路３１が、第２ガスマニホールド
５ｂを介して酸化剤ガス供給路２２と排出路３２が接続
されている。各供給路２１，２２には、それぞれの反応
ガスの流量を調整する流量調整弁９，１０が設けられて
いる。さらに、各供給路２１，２２には、切替弁１３，
１４を介して不活性ガス供給管２４が接続されている。
切替弁１３，１４は、燃料電池を工場からの出荷時や現
地据付後の運転停止時などの保管する時に、燃料電池内
部の反応ガスを窒素ガス等の不活性ガスに置換する、ま
たはこの逆に、燃料電池の稼働時に燃料電池内の不活性
ガスを反応ガスに置換するための切り替え手段として設
けられている。また、単電池積層体２には、各サブスタ
ック間に挿入された冷却板に冷媒を流通するための流通
路２３およびその排出路３３が接続されている。In this embodiment, as shown in FIG. 1, in the unit cell stack 2, a fuel gas supply passage 21 and a discharge passage 31 are provided via a first gas manifold 5a, and a second gas manifold 5b is provided. The oxidant gas supply passage 22 and the discharge passage 32 are connected together. The supply paths 21 and 22 are provided with flow rate adjusting valves 9 and 10 for adjusting the flow rates of the respective reaction gases. Furthermore, the switching valves 13,
An inert gas supply pipe 24 is connected via 14.
The switching valves 13 and 14 replace the reaction gas inside the fuel cell with an inert gas such as nitrogen gas when the fuel cell is shipped from the factory or when the fuel cell is stored after the site is installed and stopped, or vice versa. The switching means for replacing the inert gas in the fuel cell with the reaction gas when the fuel cell is in operation. In addition, the unit cell stack 2 is connected with a flow passage 23 and a discharge passage 33 for flowing the refrigerant to the cooling plates inserted between the sub-stacks.

【００３０】このような燃料電池では、単電池積層体２
を挟んで第１と第２のガスマニホールド５ａ，５ｂのそ
れぞれの反対側の側面には、それぞれにリターンマニホ
ールド２５が設けられている。また、各単電池のアノー
ド電極１ａとカソード電極１ｂの反応ガス流通溝に、そ
れぞれの少なくとも１つの溝がガス不拡散性の物質で埋
められなるレーシングストライプ１ｍ，１ｎが設けられ
ている。このレーシングストライプ１ｍ，１ｎにより、
反応ガスは、単電池内の供給路２１，２２側（往路側）
を通過した後、それぞれのリターンマニホールド２５を
介して、再びレーシングストライプ１ｍ，１ｎで区切ら
れた排出路３１，３２側（復路側）の単電池内に供給さ
れるように構成されている。In such a fuel cell, the unit cell stack 2
A return manifold 25 is provided on each of the opposite side surfaces of the first and second gas manifolds 5a and 5b with the return manifold 25 interposed therebetween. Further, racing stripes 1m and 1n in which at least one groove of each unit cell is filled with a gas non-diffusible substance are provided in the reaction gas flow grooves of the anode electrode 1a and the cathode electrode 1b of each unit cell. With these racing stripes 1m and 1n,
The reaction gas is supplied to the supply paths 21 and 22 (outward path) in the unit cell
After passing through, the fuel cell is configured to be supplied again into the cells on the discharge paths 31 and 32 side (return path side) divided by the racing stripes 1m and 1n via the respective return manifolds 25.

【００３１】このような燃料電池発電装置では、単電池
積層体２の上部、中央部および下部の３個のサブスタッ
クのそれぞれ中央に位置する単電池１に、それぞれ第１
〜第３の温度検出手段７ａ〜７ｃが設けられている。第
１温度検出手段７ａは、燃料ガス復路側のリターンマニ
ホールド２５ａ近傍となる単電池内で、且つ酸化剤ガス
復路側の排出路３２近傍となり、さらに冷媒流通路２３
近傍となる位置に設けられている。また、第２温度検出
手段７ｂは、燃料ガス往路側の供給路２１近傍となる単
電池内で、且つ酸化剤ガス往路側でリターンマニホール
ド２５ｂ近傍となり、さらに冷媒流通路２３から離れた
位置に設けられている。さらに、第３温度検出手段７ｃ
は、燃料ガス復路側の排出路３１近傍となる単電池内
で、且つ酸化剤ガス往路側の供給路２２近傍となる部分
に設けられている。In such a fuel cell power generator, the unit cell 1 located at the center of each of the upper, middle and lower sub-stacks of the unit cell stack 2 has a first unit.
~ Third temperature detecting means 7a ~ 7c are provided. The first temperature detecting means 7a is in the unit cell near the return manifold 25a on the fuel gas return path side, near the discharge path 32 on the oxidant gas return path side, and further in the refrigerant flow path 23.
It is provided at a position in the vicinity. The second temperature detecting means 7b is provided in a unit cell near the supply passage 21 on the fuel gas outward path, near the return manifold 25b on the oxidant gas outward path, and further away from the refrigerant flow passage 23. Has been. Further, the third temperature detecting means 7c
Is provided in the unit cell near the exhaust passage 31 on the return side of the fuel gas and near the supply passage 22 on the outward side of the oxidant gas.

【００３２】上述の流量調節弁９〜１１と切替弁１３，
１４、および第１〜第３温度検出手段７ａ〜７ｃは、そ
れぞれ制御手段８に接続されている。制御手段８には、
正常な運転が行われている場合に、温度検出手段７ａ〜
７ｃのそれぞれで検出されるべき温度（基準温度）とそ
の許容範囲が予め設定され、入力されている。そして、
この制御手段は、温度検出手段７ａ〜７ｃにより検出さ
れた温度が入力されると前記基準温度および許容範囲と
比較して、その結果により流量調節弁９〜１１や切替弁
１３，１４の状態を変化させる等の制御信号を出力する
ように構成されている。The above-mentioned flow rate control valves 9 to 11 and the switching valve 13,
14 and the first to third temperature detecting means 7a to 7c are connected to the control means 8, respectively. The control means 8 includes
During normal operation, the temperature detecting means 7a-
The temperature (reference temperature) to be detected in each of 7c and its allowable range are preset and input. And
When the temperature detected by the temperature detecting means 7a to 7c is input, the control means compares the temperature with the reference temperature and the allowable range and determines the states of the flow rate adjusting valves 9 to 11 and the switching valves 13 and 14 according to the result. It is configured to output a control signal such as changing.

【００３３】これは、第１〜第３温度検出手段７ａ〜７
ｃで検出された単電池内の各温度からなる温度分布が、
制御手段８に予め入力されている基準温度の許容範囲内
であるときは、制御手段８から流量調節弁９〜１１、お
よび切替弁１３，１４に、その時点での状態を維持する
ような制御信号を出力するように構成されている。一
方、温度検出手段７ａ〜７ｃで検出された単電池内の各
温度が、１つでも許容範囲を超えた場合、制御手段８
は、流量調節弁９〜１１、切替弁１３，１４のうち少な
くとも一つ以上の状態を変化させるような制御信号を出
力するように構成されている。This is the first to third temperature detecting means 7a to 7
The temperature distribution consisting of each temperature in the unit cell detected in c is
When the reference temperature pre-input to the control means 8 is within the allowable range, the control means 8 controls the flow rate control valves 9 to 11 and the switching valves 13 and 14 to maintain the state at that time. It is configured to output a signal. On the other hand, if even one of the temperatures in the unit cell detected by the temperature detection means 7a to 7c exceeds the allowable range, the control means 8
Is configured to output a control signal for changing the state of at least one of the flow rate adjusting valves 9 to 11 and the switching valves 13 and 14.

【００３４】ところで、第１〜第３温度検出手段７ａ〜
７ｃで検出される温度分布は、その燃料電池特有のもの
であり、燃料ガスの流量が変化した場合には図２のよう
に、酸化剤ガスが変化した場合には図３のように、そし
て、冷媒の流量が変化した場合には図４のように、変化
することが、予め実測または計算により確認される。そ
して、この情報が制御手段に入力されている。さらに、
単電池の温度は、単電池積層体内を流れる電流量が変化
した場合にも、図５のように変化するため、この情報に
ついても制御手段に入力されている。そして、以上のよ
うな情報に基づき、制御手段では、第１〜第３温度検出
手段７ａ〜７ｃで検出される温度分布から、酸化剤ガ
ス、燃料ガス、冷媒の供給流量、または電流量の不足・
過剰を判断して、制御信号を出力するように構成されて
いる。By the way, the first to third temperature detecting means 7a to
The temperature distribution detected by 7c is peculiar to the fuel cell, as shown in FIG. 2 when the flow rate of the fuel gas changes, as shown in FIG. 3 when the oxidant gas changes, and When the flow rate of the refrigerant changes, the change is confirmed in advance by actual measurement or calculation as shown in FIG. Then, this information is input to the control means. further,
Since the temperature of the unit cell changes as shown in FIG. 5 even when the amount of current flowing through the unit cell stack changes, this information is also input to the control means. Then, based on the information as described above, the control means determines from the temperature distribution detected by the first to third temperature detection means 7a to 7c that the supply flow rate of the oxidant gas, the fuel gas, the refrigerant, or the current amount is insufficient.・
The control signal is output when the excess is determined.

【００３５】なお、図中２０燃料電池からの電流を示
し、これは電流計（図示せず）により監視されるように
構成されている。In the figure, the current from 20 fuel cells is shown, which is configured to be monitored by an ammeter (not shown).

【００３６】（２）実施例の作用 以上のように構成される燃料電池発電装置では、各温度
検出手段７ａ〜７ｃで検出される温度が１つでも、制御
手段８に入力されている許容範囲よりも低温にまたは高
温に変化した異常発生時には、酸化剤ガス・燃料ガス・
冷媒の供給流量、または電力量が正常な状態となるよう
に、制御手段から流量調節弁９〜１１、切替弁１３，１
４のうち少なくとも一つ以上の状態を変化させるよう
に、制御信号が送られる。(2) Operation of the embodiment In the fuel cell power generator configured as described above, even if there is only one temperature detected by each of the temperature detecting means 7a to 7c, the allowable range input to the control means 8 is satisfied. When an abnormality occurs that changes to a lower temperature or a higher temperature, oxidizer gas, fuel gas,
The flow rate adjusting valves 9 to 11 and the switching valves 13 and 1 are controlled by the control means so that the supply flow rate of the refrigerant or the electric power amount becomes normal.
A control signal is sent to change at least one of the four states.

【００３７】ここで、温度検出手段７ａ〜７ｃに検出さ
れる温度分布は、下記の９通りが考えられ、それぞれ燃
料ガス・酸化剤ガス・冷媒の流量について、制御手段に
より不足または過剰が検出されて、制御信号が送られる
ものである。The temperature distributions detected by the temperature detecting means 7a to 7c may be the following nine types, and the control means detects the shortage or excess of the flow rates of the fuel gas, the oxidant gas and the refrigerant, respectively. Then, a control signal is sent.

【００３８】 燃料ガス往路側の供給路近傍の温度を
検出する第２温度検出手段７ｂの検出温度が、基準温度
の許容範囲よりも高い温度となり、他の第１および第３
温度検出手段７ａ，７ｃの検出温度が基準温度の許容範
囲よりも低い温度である場合は、図２に示すように、燃
料ガスが正常時の供給流量（基準量）に比べて不足した
状態と判断できる。これに従い、制御手段では、燃料ガ
ス供給路２１の流量調節弁９に、その開度が大きくなる
ように動作させる制御信号を出力して、燃料ガスの供給
流量を増加させる。なお、この開度は、各温度検出手段
７ａ〜７ｃで検出された温度と基準値とを比較して調整
される。The temperature detected by the second temperature detecting means 7b for detecting the temperature in the vicinity of the supply path on the fuel gas outgoing path side becomes a temperature higher than the allowable range of the reference temperature, and the other first and third temperatures are detected.
When the temperature detected by the temperature detecting means 7a, 7c is lower than the allowable range of the reference temperature, as shown in FIG. 2, it is determined that the fuel gas is insufficient as compared with the supply flow rate (reference amount) at the normal time. I can judge. Accordingly, the control means outputs a control signal for operating the flow rate control valve 9 of the fuel gas supply passage 21 to increase the opening thereof to increase the supply flow rate of the fuel gas. The opening degree is adjusted by comparing the temperature detected by each of the temperature detecting means 7a to 7c with a reference value.

【００３９】 第１および第３温度検出手段７ａ，７
ｃの検出温度が、基準温度の許容範囲内にあり、第２温
度検出手段７ｂの検出温度は基準温度の許容範囲よりも
低い温度である場合には、図２に示すように、燃料ガス
が正常時の供給流量（基準量）に比べ、過剰となってい
る状態と判断できる。これに従い、制御手段では、燃料
ガス供給路２１の流量調節弁９に、その開度が小さくな
るように動作させる制御信号を出力して、燃料ガスの供
給流量を減少させる。First and third temperature detecting means 7a, 7
When the detected temperature of c is within the allowable range of the reference temperature and the detected temperature of the second temperature detecting means 7b is lower than the allowable range of the reference temperature, as shown in FIG. It can be judged that it is in an excessive state compared to the supply flow rate (reference amount) in the normal state. Accordingly, the control means outputs a control signal to the flow rate control valve 9 of the fuel gas supply passage 21 to operate the flow rate control valve 9 so as to reduce the opening degree, thereby reducing the supply flow rate of the fuel gas.

【００４０】 酸化剤ガス入口近傍の温度を検出する
第３温度検出手段７ｃの検出温度が基準温度の許容範囲
より高い温度となり、他の第１および第３温度検出手段
７ａ，７ｂの検出温度が基準温度の許容範囲内にある場
合には、図３に示すように、酸化剤ガスが正常時の供給
流量（基準量）に比べ、不足した状態と判断できる。こ
れに従い、制御手段８では、酸化剤ガス供給路２２の流
量調節弁１０に、その開度が大きくなるように動作させ
る制御信号を出力して、酸化剤ガスの供給流量を増加さ
せる。The temperature detected by the third temperature detecting means 7c for detecting the temperature near the oxidant gas inlet becomes higher than the allowable range of the reference temperature, and the temperature detected by the other first and third temperature detecting means 7a, 7b becomes If it is within the allowable range of the reference temperature, as shown in FIG. 3, it can be determined that the oxidant gas is insufficient compared with the supply flow rate (reference amount) at the normal time. In accordance with this, the control means 8 outputs a control signal to the flow rate control valve 10 of the oxidant gas supply passage 22 to operate so that the opening degree becomes large, thereby increasing the supply flow rate of the oxidant gas.

【００４１】 第１温度検出手段７ａの検出温度が基
準温度の許容範囲よりも高い温度となり、第２温度検出
手段７ｂの検出温度が基準温度の許容範囲内にあり、第
３温度検出手段７ｃの検出温度が基準温度の許容範囲よ
りも低い温度である場合は、図３に示すように、酸化剤
ガスが正常時の供給流量（基準量）に比べ、過剰な状態
と判断できる。これに従い、制御手段８では、酸化剤ガ
ス供給路の流量調節弁１０に、その開度が小さくなるよ
うに動作させる制御信号を出力して、酸化剤ガスの供給
流量を減少させる。The temperature detected by the first temperature detecting means 7a is higher than the allowable range of the reference temperature, the detected temperature of the second temperature detecting means 7b is within the allowable range of the reference temperature, and the temperature detected by the third temperature detecting means 7c is When the detected temperature is lower than the allowable range of the reference temperature, it can be determined that the oxidant gas is in an excessive state as compared with the supply flow rate (reference amount) at the normal time as shown in FIG. According to this, the control means 8 outputs a control signal to the flow rate control valve 10 of the oxidant gas supply path to operate so that the opening degree becomes small, and reduces the oxidant gas supply flow rate.

【００４２】 第１および第２温度検出手段７ａ，７
ｂの検出温度が基準温度の許容範囲内にあり、第３温度
検出手段７ｃの検出温度が基準温度の許容範囲よりも低
い温度である場合は、図４に示すように、冷媒が正常時
の流量（基準量）に比べ、不足した状態と判断できる。
これに従い、制御手段では、冷媒流通路２３の流量調節
弁１１に、その開度が大きくなるように動作させる制御
信号を出力して、冷却板に供給される冷媒の流量を増加
させる。First and second temperature detecting means 7a, 7
When the detected temperature of b is within the permissible range of the reference temperature and the detected temperature of the third temperature detecting means 7c is lower than the permissible range of the reference temperature, as shown in FIG. It can be judged that the condition is insufficient compared to the flow rate (reference amount).
Accordingly, the control means outputs a control signal to the flow rate control valve 11 of the refrigerant flow passage 23 to operate the flow rate control valve 11 to increase the opening degree, thereby increasing the flow rate of the refrigerant supplied to the cooling plate.

【００４３】 第２温度検出手段７ｂの検出温度が基
準温度の許容範囲内にあり、第１および第３の検出温度
が基準温度の許容範囲よりも低い温度となる場合は、図
４に示すように、冷媒が正常時の流量（基準量）に比
べ、過剰な状態と判断できる。これに従い、制御手段で
は、冷媒流通路２３の流量調節弁１１に、その開度が小
さくなるように動作させる制御信号を出力して、冷却板
に供給される冷媒の流量を減少させる。When the detected temperature of the second temperature detecting means 7b is within the allowable range of the reference temperature and the first and third detected temperatures are lower than the allowable range of the reference temperature, as shown in FIG. In addition, it can be determined that the refrigerant is in an excessive state compared to the flow rate (reference amount) at the time of normal operation. Accordingly, the control means outputs a control signal to the flow rate control valve 11 of the refrigerant flow passage 23 to operate the flow rate control valve 11 so as to reduce its opening degree, and reduces the flow rate of the refrigerant supplied to the cooling plate.

【００４４】 第１〜第３温度検出手段７ａ〜７ｃの
検出温度が全て、許容範囲よりも低い温度となる場合に
は、図５に示すように、単電池積層体内を流れる電流量
が減少した判断できる。これは、需要側から要求される
電力が過少の場合である。この状態では、単電池積層体
内に燃料ガス・酸化剤ガス・冷媒が必要以上に供給され
ていることになり、制御手段では、流量調節弁９，１
０，１１のそれぞれの開度を小さくするように動作させ
る制御信号を出力して、燃料ガス・酸化剤ガス・冷媒の
供給流量を減少させて、発電量を低減する。なお、この
場合、発電量はそのままにして、余剰電力を蓄電池など
に蓄えるように外部回路を制御するような対応も可能で
ある。When all the temperatures detected by the first to third temperature detecting means 7a to 7c are lower than the allowable range, the amount of current flowing in the unit cell stack is reduced as shown in FIG. I can judge. This is the case when the power demand from the demand side is too low. In this state, the fuel gas / oxidant gas / refrigerant is supplied more than necessary into the unit cell stack, and the control means causes the flow control valves 9 and 1 to be supplied.
A control signal for operating to reduce the opening degree of each of 0 and 11 is output to reduce the supply flow rates of the fuel gas, the oxidant gas, and the refrigerant to reduce the power generation amount. In this case, it is possible to control the external circuit so as to store the surplus power in the storage battery or the like while keeping the power generation amount as it is.

【００４５】 第１〜第３温度検出手段７ａ〜７ｃの
検出温度が全て、許容範囲よりも高い温度となる場合に
は、図５に示すように、単電池積層体内を流れる電流量
が増加したと判断できる。これは、需要側から要求され
る電力が過大の場合である。ここで、図６に示すよう
に、電池で発電できる電力には上限がある。したがっ
て、このままでは需要側に必要量の電力を供給できない
場合もある。しかし、電流量に応じて燃料ガス・酸化剤
ガス・冷媒の供給流量をいずれも増加させれば、電池の
電圧−電流曲線は、図６に示すように、実線から破線に
移動して、発電可能な電力量の上限が増加することにな
る。このように、単電池積層体内を流れる電流量が増加
したと判断した場合には、制御手段では、流量調節弁
９，１０，１１のそれぞれの開度を大きくするように動
作させる制御信号を出力して、燃料ガス・酸化剤ガス・
冷媒のいずれも供給流量を増加させて、発電量を増加さ
せる。ただし、電流値自体にも上限があるので、電流計
などの他の手段により電流値を監視し、上限を越えた時
は、警報を発するか、運転を停止するか、または需要側
の回路を切り換えて消費電力量を抑制するなどの対応を
行う。When all of the temperatures detected by the first to third temperature detecting means 7a to 7c are higher than the permissible range, the amount of current flowing in the unit cell stack increases as shown in FIG. Can be judged. This is a case where the power demanded by the demand side is excessive. Here, as shown in FIG. 6, there is an upper limit to the electric power that can be generated by the battery. Therefore, it may not be possible to supply the required amount of power to the demand side as it is. However, if the supply flow rates of the fuel gas, the oxidant gas, and the refrigerant are all increased according to the amount of current, the voltage-current curve of the battery moves from the solid line to the broken line as shown in FIG. The upper limit on the amount of power that can be used will increase. In this way, when it is determined that the amount of current flowing through the unit cell stack has increased, the control means outputs a control signal for operating the flow control valves 9, 10, 11 so as to increase their respective openings. Then, fuel gas, oxidant gas,
Any of the refrigerants increases the supply flow rate to increase the amount of power generation. However, since the current value itself has an upper limit, the current value is monitored by other means such as an ammeter, and when it exceeds the upper limit, an alarm is issued, operation is stopped, or the circuit on the demand side is turned on. Take measures such as switching to reduce power consumption.

【００４６】 第１〜第３の温度検出手段７ａ〜７ｃ
の検出温度が、上記の〜のいずれにも相当しない場
合、または〜により制御手段から制御信号が送られ
ても、温度検出手段７ａ〜７ｃでの検出温度が基準温度
の許容範囲内とならない場合には、予想される以外の異
常が生じていると考えられる。この場合には、運転を継
続すると、単電池積層体または燃料電池に接続される発
電機器に悪影響を及ぼす可能性があり、燃料電池の運転
を停止する必要がある。そこで、このような場合には、
制御手段からは、切替弁１３，１４を動作させる信号を
出力して、負荷回路を切断すると共に、燃料ガス・酸化
剤ガスの供給を停止し、単電池積層体に不活性ガスを導
入して発電を停止する。First to third temperature detecting means 7a to 7c
When the detected temperature of 1 does not correspond to any of the above-mentioned, or even when the control signal is sent from the control means by-, the detected temperature of the temperature detection means 7a to 7c is not within the allowable range of the reference temperature. It is considered that there is an abnormality other than that expected. In this case, if the operation is continued, the single-cell stack or the power generation device connected to the fuel cell may be adversely affected, and the operation of the fuel cell needs to be stopped. So in this case,
A signal for operating the switching valves 13 and 14 is output from the control means to disconnect the load circuit, supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped, and an inert gas is introduced into the unit cell stack. Stop power generation.

【００４７】（３）実施例の効果 以上のように、本実施例の燃料電池発電装置では、同一
単電池内に第１〜第３の温度検出手段が設けられている
ことにより、単電池内の３か所の温度分布が検出され、
制御手段によりその温度分布と基準温度およびその許容
範囲とを比較することにより、燃料ガス，酸化剤ガス，
冷媒，電流量の不足または過剰を判断することができ
る。そして、燃料ガス，酸化剤ガス，冷媒の供給流量を
制御することにより、反応ガス欠乏や温度上昇を防ぎ、
燃料電池の劣化を防ぐことが可能となる。したがって、
安定して長期間運転可能な燃料電池発電装置とすること
ができる。(3) Effect of Embodiment As described above, in the fuel cell power generator of this embodiment, the first to third temperature detecting means are provided in the same unit cell, so that The temperature distribution of three places of is detected,
By comparing the temperature distribution with the reference temperature and its allowable range by the control means, the fuel gas, the oxidant gas,
It is possible to determine whether the amount of refrigerant or current is insufficient or excessive. Then, by controlling the supply flow rates of the fuel gas, the oxidant gas, and the refrigerant, reaction gas shortage and temperature rise are prevented,
It is possible to prevent deterioration of the fuel cell. Therefore,
The fuel cell power generator can be stably operated for a long time.

【００４８】ここで、冷却板に近い単電池は、冷却板に
より十分に冷却されて冷却板温度と大差がなく、温度変
化が生じた場合でも変動が小さく、その検出が困難とな
る。したがって、本実施例のように、サブスタックの中
央、すなわち２枚の冷却板の中央となる単電池に温度検
出手段を設けることにより、温度の変動を確実に把握す
ることができる。これにより、基準温度の許容範囲を小
さくすることかでき、異常発生後、短時間でその異常を
検出して対応することができる。Here, the unit cell close to the cooling plate is sufficiently cooled by the cooling plate and has no great difference from the cooling plate temperature. Even if a temperature change occurs, the fluctuation is small and it is difficult to detect it. Therefore, as in the present embodiment, by providing the temperature detecting means in the unit cell at the center of the sub-stack, that is, the center of the two cooling plates, it is possible to reliably grasp the temperature fluctuation. As a result, the allowable range of the reference temperature can be reduced, and after the occurrence of an abnormality, the abnormality can be detected and dealt with in a short time.

【００４９】さらに、単電池積層体内部では、一般に反
応ガスは上部ほど流れにくいことが判明している。この
ため、本実施例のように、温度検出手段を、単電池積層
体の上部・中央部・下部のサブスタックの単電池にそれ
ぞれ１組ずつ設けることにより、どの部分で異常が発生
しているかを判断することができる。Further, it has been found that, in the inside of the unit cell stack, generally the reaction gas is less likely to flow toward the upper part. For this reason, as in the present embodiment, by providing one set of temperature detecting means for each of the unit cells of the upper, middle, and lower sub-stacks of the unit cell stack, in which part the abnormality has occurred Can be judged.

【００５０】（４）他の実施例 本発明では、上述の実施例に限定されず、具体的な構成
は適宜変更可能である。特に、温度検出手段の同一単電
池内の配設個数や配設位置、取付方法は、異常時の温度
変化が明確に、且つ異常の種類による温度変化の違いを
明確に判断することのできる位置であれば、適宜変更可
能である。(4) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the specific structure can be changed as appropriate. In particular, the number and position of the temperature detection means in the same unit cell, the mounting method, and the mounting method are such that the temperature change during an abnormality can be clearly determined and the difference in temperature change depending on the type of abnormality can be clearly determined. If so, it can be changed appropriately.

【００５１】例えば、温度検出手段の配設個数を多くし
た場合には、それだけ同時に確認できる温度が多くな
る。ここで、制御手段では、複数からなる１組の温度検
出手段で検出された温度を同時に確認して、この結果に
より判断する。したがって、１つの検出値で判断しない
ため、温度検出手段が多くなれば、それだけ全ての検出
値が偶然同時に変化する確率は、かなり低いものとな
る。このため、許容範囲を狭くしても、誤作動をする可
能性は小さいものとなる。For example, when the number of temperature detecting means provided is increased, the number of temperatures that can be simultaneously confirmed increases accordingly. Here, the control means simultaneously confirms the temperatures detected by a plurality of sets of temperature detection means, and judges based on this result. Therefore, since one detection value is not used for determination, the more temperature detection means, the considerably lower the probability that all the detection values change by chance at the same time. Therefore, even if the allowable range is narrowed, the possibility of malfunction is small.

【００５２】一方、温度検出手段の数を増やした場合に
は、それだけ異常を正確に検知することが可能となる
が、それだけ制御方法が複雑になり、コストも高いもの
となる。このため、図７に示すように、同一単電池内の
２か所に２個の温度検出手段を配設し、これに制御手段
を接続した構成とすることもできる。On the other hand, when the number of temperature detecting means is increased, the abnormality can be detected more accurately, but the control method becomes complicated and the cost becomes higher. Therefore, as shown in FIG. 7, two temperature detecting means may be provided at two places in the same unit cell, and the control means may be connected thereto.

【００５３】これは、まず、１つ目の温度検出手段７ｄ
が、燃料ガス往路側の供給路２１近傍となる単電池内
で、且つ酸化剤ガス往路側でリターンマニホールド２５
ｂ近傍となり、さらに冷媒流通路２３から離れた位置に
配設されている。そして、２つ目の温度検出手段７ｅ
が、燃料ガス復路側の排出路３１近傍となる単電池内
で、且つ酸化剤ガス往路側で供給路２２近傍となる位置
に配設されている。各温度検出手段は、前述と同様に制
御手段に接続されている。First, the first temperature detecting means 7d is used.
However, in the unit cell near the supply passage 21 on the outward side of the fuel gas and on the outward side of the oxidant gas, the return manifold 25
It is arranged near b and further away from the refrigerant flow passage 23. The second temperature detecting means 7e
Is disposed in the unit cell near the discharge passage 31 on the return side of the fuel gas and at a position near the supply passage 22 on the outward side of the oxidant gas. Each temperature detecting means is connected to the control means as described above.

【００５４】制御手段には、各温度検出手段７ｄ，７ｅ
で検出される温度分布の変化は、燃料ガスが変化した場
合には図８のように、電流量が変化した場合には図９の
ように変化することが、予め実測または計算により確認
されて、この情報が入力されている。そして、制御手段
では、温度分布に変化があった場合には、その結果に応
じて、燃料ガス供給管・酸化剤ガス供給管・冷媒流通管
のそれぞれ流量調節弁９，１０，１１の開度を調整する
ように構成されている。The control means includes temperature detecting means 7d and 7e.
It has been confirmed in advance by actual measurement or calculation that the change in the temperature distribution detected in step S1 changes as shown in FIG. 8 when the fuel gas changes and as shown in FIG. 9 when the current amount changes. , This information has been entered. When the temperature distribution changes, the control means opens the flow control valves 9, 10, 11 of the fuel gas supply pipe, the oxidant gas supply pipe, and the refrigerant flow pipe in accordance with the result. Is configured to adjust.

【００５５】ここで、冷却水の不足は燃料電池の劣化が
加速されるもののの、致命的な影響は瞬時に発現する可
能性は低いが、燃料ガスが不足した場合は、時として燃
料電池が使用不能となるような影響を及ぼすこともあ
る。また、一般的に、燃料ガスの供給量は、必要量に対
する余裕が少ない。このため、燃料ガスと電流量の異常
は、実際に異常が起こる可能性の高いものである。Although the lack of cooling water accelerates the deterioration of the fuel cell, it is unlikely to have a fatal effect instantaneously. However, when the fuel gas is insufficient, the fuel cell sometimes becomes insufficient. It may have the effect of making it unusable. Further, generally, the fuel gas supply amount has a small margin with respect to the required amount. Therefore, the abnormality of the fuel gas and the current amount is highly likely to actually occur.

【００５６】したがって、上述した構成では、燃料ガス
と電流量の不足・過剰しか検出・区別することができな
いが、燃料電池を使用するために、実際に発生しやすい
異常を検出して、燃料ガスの供給流量・電流量が正常と
なるように対応することができる。これにより、安価で
しかも安定して長期間運転することが可能な燃料電池発
電システムとすることができる。Therefore, in the above-mentioned configuration, only the shortage / excess of the current amount can be detected / distinguished from the fuel gas, but since the fuel cell is used, an abnormality that tends to actually occur is detected and the fuel gas is detected. Can be dealt with so that the supply flow rate and the amount of current are normal. This makes it possible to provide a fuel cell power generation system that is inexpensive and can be stably operated for a long period of time.

【００５７】なお、この構成の２つ目の温度検出手段７
ｅは、前述の実施例の第３温度検出手段７ｃと近い位置
に配設されている。検出される温度変化は、ほぼ同一と
なっているが、２つ目の温度検出手段７ｅの位置のほう
が、変化が大きいため、検出が容易となる。したがっ
て、温度検出手段の配設位置は限定されないが、酸化剤
ガスや冷媒の供給流量の変化についても検出する必要の
ある前述の実施例では、第３温度検出手段７ｃの位置の
ほうが有利となり、燃料ガスと電流量について検出する
場合には、２つ目の温度検出手段７ｅのほうが、より確
実に異常を検出することができる。The second temperature detecting means 7 of this configuration is used.
e is arranged at a position close to the third temperature detecting means 7c of the above-mentioned embodiment. Although the detected temperature change is almost the same, the change is larger at the position of the second temperature detecting means 7e, which facilitates the detection. Therefore, the position of the temperature detecting means is not limited, but the position of the third temperature detecting means 7c is more advantageous in the above-described embodiment in which it is necessary to detect the change in the supply flow rate of the oxidant gas or the refrigerant. When detecting the fuel gas and the current amount, the second temperature detecting means 7e can detect the abnormality more reliably.

【００５８】さらに、本発明では、各温度検出手段の単
電池１内の取付位置は、適宜変更可能である。これは、
例えば、単電池１の電極に形成された反応ガス流通溝に
配設することもでき、この場合は、単電池１内に新たな
温度検出手段のための取付部を形成する必要がない。な
お、単電池の厚さは薄く、且つ熱伝導率が大きいため、
アノード電極とカソード電極とは、ほとんど温度差が生
じることはない。そして、酸素に比べ水素の方が拡散性
が良く、燃料ガスは多孔性材料からなる電極基板の細孔
を容易に電極の触媒層まで通過拡散させることが可能で
ある。このため、アノード電極の流通溝に配設すること
が望ましく、これにより、各温度検出手段を容易に配設
して、燃料ガスと共に、酸化剤ガスの温度を正確に計測
することができる。Further, in the present invention, the mounting position of each temperature detecting means in the unit cell 1 can be appropriately changed. this is,
For example, it may be arranged in the reaction gas flow groove formed in the electrode of the unit cell 1. In this case, it is not necessary to form a mounting portion for a new temperature detecting means in the unit cell 1. Since the unit cell is thin and has high thermal conductivity,
Almost no temperature difference occurs between the anode electrode and the cathode electrode. Hydrogen has a better diffusibility than oxygen, and the fuel gas can easily diffuse through the pores of the electrode substrate made of a porous material to the catalyst layer of the electrode. Therefore, it is desirable to dispose the temperature detecting means in the flow groove of the anode electrode, so that the temperature detecting means can be easily disposed and the temperature of the oxidizing gas as well as the fuel gas can be accurately measured.

【００５９】また、上述の実施例では、上部・中央部・
下部のサブスタックに温度検出手段を配設しているが、
本発明では、単電池積層体２内部の適当な１つまたは複
数の単電池に設けた構成とすることが可能である。すな
わち、反応ガスは上部ほど流れにくいため、上部のサブ
スタックに配設した場合には、反応ガスの流量が少しで
も低下した場合には、迅速に検知することができ、安全
性の高い燃料電池発電装置とすることができる。また、
中央部に配設した場合には、単電池積層体の平均温度を
検出すると同様であるため、燃料電池の平均的な状態を
常時監視することができる。In the above embodiment, the upper part, the central part,
Although the temperature detection means is arranged in the lower sub-stack,
In the present invention, it is possible to adopt a configuration in which one or a plurality of suitable unit cells are provided inside the unit cell stack 2. In other words, since the reaction gas is less likely to flow toward the upper part, when the reaction gas is arranged in the upper sub-stack, even if the flow rate of the reaction gas decreases a little, it can be quickly detected, and the fuel cell is highly safe. It can be a power generator. Also,
When it is arranged in the central portion, it is the same as when the average temperature of the unit cell stack is detected, so that the average state of the fuel cell can be constantly monitored.

【００６０】さらに、本発明では、サブスタック内の温
度検出手段の配設する単電池位置は限定されず、冷却板
に接した単電池では許容範囲を大きくする必要があるた
め、却板に接していない単電池が望まれる。Further, according to the present invention, the position of the unit cell in which the temperature detecting means in the sub-stack is arranged is not limited, and since the unit cell in contact with the cooling plate needs to have a large allowable range, it is not in contact with the cooling plate. Not single cells are desired.

【００６１】また、本発明では、温度検出手段の構成は
適宜変更可能であるが、特に、制御性、大きさ、コスト
などからは、熱電対を使用することが望まれる。この場
合、熱電対の先端は、リン酸による腐食を防止するた
め、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの耐
リン酸性を有する材料で覆う、または耐リン酸性を有す
る材料により構成することが必要である。Further, in the present invention, the structure of the temperature detecting means can be appropriately changed, but it is desirable to use a thermocouple in view of controllability, size, cost and the like. In this case, the tip of the thermocouple must be covered with a phosphoric acid-resistant material such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or composed of a phosphoric acid-resistant material in order to prevent corrosion by phosphoric acid. is there.

【００６２】さらに、本発明では、上述した構成以外
に、例えば需要側で要求する電力を制御するインバータ
ーを取り付けることも可能である。Further, in the present invention, in addition to the above-described structure, for example, an inverter for controlling the electric power required on the demand side can be attached.

【００６３】なお、本発明では、リターンフロー形以外
の燃料電池発電装置についても適応が可能である。The present invention can be applied to fuel cell power generators other than the return flow type.

【００６４】[0064]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、同一単
電池に数個の温度検出手段が配設され、この温度分布が
予め設定された基準温度の許容範囲と比較することによ
り、燃料ガス，酸化剤ガスまたは冷媒の供給流量の調
節、負荷電流の制御、または電池の保護停止などの対応
することができ、電池の発電効率を低下させることな
く、電池の劣化を防ぐことが可能な燃料電池発電装置を
提供することができる。As described above, according to the present invention, several temperature detecting means are provided in the same unit cell, and the temperature distribution is compared with the preset allowable range of the reference temperature. The supply flow rate of fuel gas, oxidant gas or refrigerant can be adjusted, load current can be controlled, battery protection can be stopped, and the deterioration of the battery can be prevented without reducing the power generation efficiency of the battery. It is possible to provide a simple fuel cell power generator.

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

【図１】本発明の燃料電池発電装置の一実施例の構成を
示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a fuel cell power generator of the present invention.

【図２】図１の電池積層体に供給される燃料ガスの流量
と、３か所の温度検出手段で測定される温度との関係を
示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the flow rate of fuel gas supplied to the cell stack of FIG. 1 and the temperatures measured by three temperature detection means.

【図３】図１の単電池積層体に供給される酸化剤ガスの
流量と、３か所の温度検出手段で測定される温度との関
係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of an oxidant gas supplied to the unit cell stack of FIG. 1 and the temperatures measured by three temperature detecting means.

【図４】図１の単電池積層体に供給される冷媒の流量
と、３か所の温度検出手段で測定される温度との関係を
示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between the flow rate of the refrigerant supplied to the unit cell stack of FIG. 1 and the temperatures measured by the temperature detecting means at three locations.

【図５】図１の単電池積層体に供給される電流量と、３
か所の温度検出手段で測定される温度との関係を示すグ
ラフ。5 is a graph showing the amount of current supplied to the unit cell stack of FIG.
The graph which shows the relationship with the temperature measured by the temperature detection means of some places.

【図６】図５について、電池から取り出す電力量と電池
の電圧・電流との関係を示すグラフ。6 is a graph showing the relationship between the amount of electric power taken out from the battery and the voltage / current of the battery in FIG.

【図７】他の実施例の構成を示すブロック図。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of another embodiment.

【図８】他の実施例の単電池積層体に供給される燃料ガ
スの流量と、３か所の温度検出手段で測定される温度と
の関係を示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the flow rate of the fuel gas supplied to the unit cell stack of another example and the temperatures measured by the temperature detecting means at three locations.

【図９】図７の単電池積層体に供給される電流量と、３
か所の温度検出手段で測定される温度との関係を示すグ
ラフ。FIG. 9 shows the amount of current supplied to the unit cell stack of FIG. 7 and 3
The graph which shows the relationship with the temperature measured by the temperature detection means of some places.

【図１０】一般的なリン酸型他燃料電池を示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view showing a general phosphoric acid type other fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…単電池 ２…単電池積層体 ３…ガス分離板 ４…冷却板 ５…ガスマニホールド ６…集電板 ７ａ〜７ｅ…温度検出手段 ８…制御手段 ９…燃料ガス流量調節弁 １０…酸化剤ガス流量調節弁 １１…冷媒流量調節弁 １３…アノード極ガス切替弁 １４…カソード極ガス切替弁 ２１…燃料ガス供給路 ２２…酸化剤ガス供給路 ２３…冷媒流通路 ２４…不活性ガス供給路 ２５…リターンマニホールド ３１…燃料ガス排出路 ３２…酸化剤ガス排出路 ３３…冷媒排出路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single cell 2 ... Single cell laminated body 3 ... Gas separation plate 4 ... Cooling plate 5 ... Gas manifold 6 ... Current collection plate 7a-7e ... Temperature detection means 8 ... Control means 9 ... Fuel gas flow control valve 10 ... Oxidizing agent Gas flow rate control valve 11 ... Refrigerant flow rate control valve 13 ... Anode electrode gas switching valve 14 ... Cathode electrode gas switching valve 21 ... Fuel gas supply path 22 ... Oxidant gas supply path 23 ... Refrigerant flow path 24 ... Inert gas supply path 25 Return manifold 31 Fuel gas discharge passage 32 Oxidant gas discharge passage 33 Refrigerant discharge passage

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 一対の電極間に電解質層を挟んで単電池
を形成し、この単電池を複数積層し、各単電池間にガス
分離板をそれぞれ挿入してサブスタックを形成し、この
サブスタックと冷却板とを交互に複数個積層して単電池
積層体を形成してなる燃料電池発電装置において、 前記単電池積層体の１個または複数個の単電池に、その
単電池内の温度を検出する温度検出手段がそれぞれ複数
個配設され、 前記温度検出手段には、少なくとも燃料ガスの供給流量
を制御する制御手段が接続され、 前記制御手段では、前記温度検出手段で検出した同一単
電池の温度分布と、予め設定した基準温度の許容範囲と
を比較し、許容範囲を超えた場合に、前記単電池積層体
に供給する燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒のうち少なくと
も一つ以上の供給流量を制御するように構成されている
ことを特徴とする燃料電池発電装置。1. A unit cell is formed by sandwiching an electrolyte layer between a pair of electrodes, a plurality of the unit cells are stacked, and a gas separation plate is inserted between each unit cell to form a sub-stack. A fuel cell power generator comprising a plurality of stacks and cooling plates alternately stacked to form a unit cell stack, wherein one or a plurality of unit cells of the unit cell stack has a temperature within the unit cell. A plurality of temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel gas are provided, and the temperature detecting means is connected to at least a control means for controlling the supply flow rate of the fuel gas. The temperature distribution of the battery is compared with an allowable range of a preset reference temperature, and when the allowable range is exceeded, at least one or more of fuel gas, oxidant gas, and refrigerant to be supplied to the unit cell stack is supplied. Control the supply flow rate A fuel cell power generation device characterized in that 【請求項２】 前記制御手段は、前記温度検出手段で検
出した同一単電池の温度分布と、予め設定した基準温度
の許容範囲とを比較し、許容範囲を超えた場合に、燃料
電池を停止させるように構成されていることを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池発電装置。2. The control means compares the temperature distribution of the same cell detected by the temperature detecting means with a preset allowable range of a reference temperature, and when the allowable range is exceeded, the fuel cell is stopped. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the fuel cell power generator is configured to operate. 【請求項３】 前記温度検出手段がサブスタックの積層
方向中央部の単電池に設けられていることを特徴とする
請求項１記載の燃料電池発電装置。3. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the temperature detecting means is provided in the unit cell at the central portion in the stacking direction of the sub-stack. 【請求項４】 前記温度検出手段は、単電池積層体の上
部または中央部のサブスタックの単電池に設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。4. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the temperature detecting means is provided in a unit cell of a sub-stack at an upper portion or a central portion of the unit cell stack.
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