JPS61140071A - 燃料電池プラント - Google Patents
燃料電池プラントInfo
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- JPS61140071A JPS61140071A JP59262304A JP26230484A JPS61140071A JP S61140071 A JPS61140071 A JP S61140071A JP 59262304 A JP59262304 A JP 59262304A JP 26230484 A JP26230484 A JP 26230484A JP S61140071 A JPS61140071 A JP S61140071A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は燃料電池プラントに係り、特に複数の燃料電池
のうち一部が故障しても、安定運転を継続するに好適な
燃料電池プラントに関する。
のうち一部が故障しても、安定運転を継続するに好適な
燃料電池プラントに関する。
（発明の技術的背景〕
電力の発生は、通常、発電機を蒸気タービン等の原Ｉ！
！機で回転させ、与えられた駆動エネルギーを発電機に
て交流電力に変換し、交流のまま需要側へ送ることが、
電力の発生から消費に到る迄、最も都合の良い方法とし
て採用されて居り、現在の電力系統は交流系統でほとん
どが占められている。
！機で回転させ、与えられた駆動エネルギーを発電機に
て交流電力に変換し、交流のまま需要側へ送ることが、
電力の発生から消費に到る迄、最も都合の良い方法とし
て採用されて居り、現在の電力系統は交流系統でほとん
どが占められている。
一方、蒸気タービン等を駆動する蒸気はボイラ等にて石
油、ガス等の燃料を燃焼させた熱エネルギーにより発生
させているが、この燃料エネルギーを熱エネルギーとし
て取り出し、蒸気エネルギーに変換し、さらに電気エネ
ルギーとして取り出すことは効率面で不利である。この
ことから、近年燃料を化学的に変化させ、この化学的変
化の際に発生する電子の流れから直接電気・エネルギー
を取り出そうとする燃料電池発電方式が省エネルギー発
電の一つとして採用されるようになって来た。
油、ガス等の燃料を燃焼させた熱エネルギーにより発生
させているが、この燃料エネルギーを熱エネルギーとし
て取り出し、蒸気エネルギーに変換し、さらに電気エネ
ルギーとして取り出すことは効率面で不利である。この
ことから、近年燃料を化学的に変化させ、この化学的変
化の際に発生する電子の流れから直接電気・エネルギー
を取り出そうとする燃料電池発電方式が省エネルギー発
電の一つとして採用されるようになって来た。
この燃料電池は供給された燃料を化学変化させて、電力
を発生するのであるが、その出力は直流出力であり、こ
のまま特定区域で消費する場合は直流で消費され、また
省エネルギー政策の一環として大量の電力をまかなう場
合には、直流−交流変換器により交流に変換し電力系統
に接続している。
を発生するのであるが、その出力は直流出力であり、こ
のまま特定区域で消費する場合は直流で消費され、また
省エネルギー政策の一環として大量の電力をまかなう場
合には、直流−交流変換器により交流に変換し電力系統
に接続している。
第９図は従来の代表的な燃料電池プラントの概略構成図
である。
である。
以下、第９図により従来の燃料電池プラントの運転制御
について説明する。
について説明する。
同図中、ブロック１の一点鎖線で示される部分が燃料電
池プラントである。燃料は弁８により流量を制御され、
改質器４に入る。改質器４に入りた燃料は、ここで加熱
されて改質され、水素含有率の高い改質燃料となる。改
質燃料は弁９により流量をｔＩＩＩｔＩｌされ燃料電池
５の水素極５Ａに流入しｉ！１ｉｉｌ−ＩＬＩ−＆ｌ、
、ｒ−“ｃｘ＊ｇｎ、 ！１１；Ｌａ 。
池プラントである。燃料は弁８により流量を制御され、
改質器４に入る。改質器４に入りた燃料は、ここで加熱
されて改質され、水素含有率の高い改質燃料となる。改
質燃料は弁９により流量をｔＩＩＩｔＩｌされ燃料電池
５の水素極５Ａに流入しｉ！１ｉｉｌ−ＩＬＩ−＆ｌ、
、ｒ−“ｃｘ＊ｇｎ、 ！１１；Ｌａ 。
質器４の燃焼部で燃焼し、改質器４の加熱用轟温ガスと
なり、燃料電池５の酸素極５Ｂから排ガスと合流し、燃
焼器７を経てターボコンプレッサのタービン２に流入し
てこれに連結したコンプレッサ３を駆動する。
なり、燃料電池５の酸素極５Ｂから排ガスと合流し、燃
焼器７を経てターボコンプレッサのタービン２に流入し
てこれに連結したコンプレッサ３を駆動する。
コンプレッサ３の吐出空気は弁１ｏにより流量制御され
て、燃料電池５の酸素極５Ｂに入る。酸素極５Ｂに入っ
た酸素の一部は水素極５Ａの水素と反応し消費され、残
りの一部は酸素極５Ｂから排出され、改質器４の燃焼部
からの燃焼ガスと合流し、燃焼器７を経由して、ターボ
コンプレッサのタービン２を駆動するために利用される
。
て、燃料電池５の酸素極５Ｂに入る。酸素極５Ｂに入っ
た酸素の一部は水素極５Ａの水素と反応し消費され、残
りの一部は酸素極５Ｂから排出され、改質器４の燃焼部
からの燃焼ガスと合流し、燃焼器７を経由して、ターボ
コンプレッサのタービン２を駆動するために利用される
。
燃料電池５は水素極５Ａの水素と酸素極５Ｂの酸素との
触媒反応によって酸素極５Ｂが正極、水素極５△が負極
となるような電気エネルギーを発生し、その両極間に接
続された電気的負荷にその電気エネルギーを供給する。
触媒反応によって酸素極５Ｂが正極、水素極５△が負極
となるような電気エネルギーを発生し、その両極間に接
続された電気的負荷にその電気エネルギーを供給する。
この際電気負荷により吸収された電気エネルギーにほぼ
比例して、両極入口にそれぞれ供給された水素と酸素が
反応して水となり未反応分が各極出口から排出されるこ
とになる。
比例して、両極入口にそれぞれ供給された水素と酸素が
反応して水となり未反応分が各極出口から排出されるこ
とになる。
燃料電池プラントでは、この燃料電池５の直流出力が変
換器６に供給されて交流に変換され、電力系統に交流電
力として送り出される。
換器６に供給されて交流に変換され、電力系統に交流電
力として送り出される。
以上が、燃料電池プラントの基本構成と概略の動作であ
るが、次にこのプラントの従来の制御方法について説明
する。
るが、次にこのプラントの従来の制御方法について説明
する。
制御は、基本的にまず変換器６によって交流出力を制御
し、これに見合う出力を燃料電池５が発生するように、
水素と酸素の電池への流入量を制御し、この電池への水
素と酸素の流入量を補うように、改質器４への燃料供給
量とコンプレッサ３の吐出空気をｔａｌ制御する。変換
器有効電力設定信号Ｐｓは実有効電力検出器２１の出力
信号Ｐａと比較器２６により偏差演算され、有効電力制
御演算部３３は、この偏差信号を入力として制御演算し
、変換器交流出力の移送指令θを変換器出力制御器３５
に出力する。変換器無効設定信号ＱＳは実無効電力検出
器２０の出力信号Ｑａと比較器２７により偏差演算され
、無効電力制御演算部３４は、この偏差信号を入力とし
て制御演算し、変換器交流出力の電圧指令■を変換器出
力制御器３５に出力する。変換器出力制御器３５はその
出力信号により変換器６の交流出力の位相と電圧を制御
する。
し、これに見合う出力を燃料電池５が発生するように、
水素と酸素の電池への流入量を制御し、この電池への水
素と酸素の流入量を補うように、改質器４への燃料供給
量とコンプレッサ３の吐出空気をｔａｌ制御する。変換
器有効電力設定信号Ｐｓは実有効電力検出器２１の出力
信号Ｐａと比較器２６により偏差演算され、有効電力制
御演算部３３は、この偏差信号を入力として制御演算し
、変換器交流出力の移送指令θを変換器出力制御器３５
に出力する。変換器無効設定信号ＱＳは実無効電力検出
器２０の出力信号Ｑａと比較器２７により偏差演算され
、無効電力制御演算部３４は、この偏差信号を入力とし
て制御演算し、変換器交流出力の電圧指令■を変換器出
力制御器３５に出力する。変換器出力制御器３５はその
出力信号により変換器６の交流出力の位相と電圧を制御
する。
変換器６の出力と系統との電圧位相差は主として変換器
の有効電力に寄与し、変換器６の出力電圧は主として無
効電力に寄与する。従って、有効電力設定値ＰＳ１及び
無効電力設定１ｉ１Ｑｓと実際値Ｐａ、Ｑａとの偏差信
号の大小に応じて有効電力と無効電力が加減され、変換
器６は所定の出力を電力系統へ出すことになる。
の有効電力に寄与し、変換器６の出力電圧は主として無
効電力に寄与する。従って、有効電力設定値ＰＳ１及び
無効電力設定１ｉ１Ｑｓと実際値Ｐａ、Ｑａとの偏差信
号の大小に応じて有効電力と無効電力が加減され、変換
器６は所定の出力を電力系統へ出すことになる。
次に、燃料電池５への改質燃料の制御について述べる。
変換器６の交流出力エネルギーは、燃料電池５から送ら
れたものであるから、燃料電池の直流出力電流は変換器
６の交流出力にほぼ比例し、電流検出器１９はこの直流
出力電流に比例した電流信号Ｉを出力する。
れたものであるから、燃料電池の直流出力電流は変換器
６の交流出力にほぼ比例し、電流検出器１９はこの直流
出力電流に比例した電流信号Ｉを出力する。
燃料電池５の電流信号Ｉは制御演算部３０により演算さ
れ、この直流電流負荷に見合うだけの改質燃料要求指令
を加算器２４に出力する。加算器２４は後述する改質温
度制御演算部２９の出力信号と制御演算部３０からの信
号の和を出力制御演算部３６に送り、出力制御演算部３
６はこの出力の大小に応じて改質燃料ｉｌｌ ＠弁９の
開度１１ｉ１１ ＩＩをし、燃料電池５への改質流入量
をυ１１１１する。燃料電池５へ流入した改質燃料は燃
料電池の直流出力に見合うだけ電池内で消費され、残り
は改質器４の燃焼部で燃焼するが、この燃焼により改質
器４は加熱され、温度上昇する。
れ、この直流電流負荷に見合うだけの改質燃料要求指令
を加算器２４に出力する。加算器２４は後述する改質温
度制御演算部２９の出力信号と制御演算部３０からの信
号の和を出力制御演算部３６に送り、出力制御演算部３
６はこの出力の大小に応じて改質燃料ｉｌｌ ＠弁９の
開度１１ｉ１１ ＩＩをし、燃料電池５への改質流入量
をυ１１１１する。燃料電池５へ流入した改質燃料は燃
料電池の直流出力に見合うだけ電池内で消費され、残り
は改質器４の燃焼部で燃焼するが、この燃焼により改質
器４は加熱され、温度上昇する。
改質器４は改質に適した動作温度がある。この動作温度
設定信号ＴＲｓは、改質器４の温度を検出するための温
度検出器１７からの実温度信号ＴＲａと比較器２３によ
り偏差演算され、この偏差演算信号は改質温度制御演算
部２つに与えられ、演算されて改質燃料要求指令を加算
器２４に送る。
設定信号ＴＲｓは、改質器４の温度を検出するための温
度検出器１７からの実温度信号ＴＲａと比較器２３によ
り偏差演算され、この偏差演算信号は改質温度制御演算
部２つに与えられ、演算されて改質燃料要求指令を加算
器２４に送る。
加算器２４はこの信号と燃料電池出力電流に応じたｉ＋
ＩＪ御演韓部３０の出力信号を加算し、出力制御演算部
３６を通して、改質燃料の燃料電池５への流入を制御す
ることになる。
ＩＪ御演韓部３０の出力信号を加算し、出力制御演算部
３６を通して、改質燃料の燃料電池５への流入を制御す
ることになる。
以上の動作を要約すると、燃料電池５の直流出力により
まず、改質燃料の燃料電池５への流入量 １を
先行制御し、燃料電池５内で消費される改質燃料との過
不足は、改質器４の温度変化として検出され、この改質
器４の温度を目標値になるように、さらに改質燃料の流
入量を修正ＩＩＩ Ｈすることになる。
まず、改質燃料の燃料電池５への流入量 １を
先行制御し、燃料電池５内で消費される改質燃料との過
不足は、改質器４の温度変化として検出され、この改質
器４の温度を目標値になるように、さらに改質燃料の流
入量を修正ＩＩＩ Ｈすることになる。
次に、改質器４への燃料制御について説明する。
改質器４への燃料の過不足は燃料制御弁８と改質燃料制
御弁９との間の配管系の圧力変化としてとらえられる。
御弁９との間の配管系の圧力変化としてとらえられる。
即ち、燃料供給過多では圧力上昇し、燃料供給過少では
圧力下降する。また、この系では反応に適した動作圧力
がある。動作圧力設定信号ＰＦｓは配管系の圧力を検出
する圧力検出器１８の出力信号ＰＦａと比較器２２によ
り偏差演算され、この偏差信号は圧力制御演算部２８に
与えられ、圧力制御演算部２８はこの演算出力により燃
料制御弁８を開度制御し、燃料供給量を制御する。改質
器４へ供給された燃料はここで加熱され水素含有率の高
い改質燃料となる。
圧力下降する。また、この系では反応に適した動作圧力
がある。動作圧力設定信号ＰＦｓは配管系の圧力を検出
する圧力検出器１８の出力信号ＰＦａと比較器２２によ
り偏差演算され、この偏差信号は圧力制御演算部２８に
与えられ、圧力制御演算部２８はこの演算出力により燃
料制御弁８を開度制御し、燃料供給量を制御する。改質
器４へ供給された燃料はここで加熱され水素含有率の高
い改質燃料となる。
次に、燃料電池５への空気供給制御について説明する。
電流検出器１９からの電池出力電流信号１は、空気量制
御演算部３１にも与えられる。空気量制御演算部３１は
電池出力電流に見合った酸素量に対し定められた過剰分
の酸素を供給するように空気制御弁１０を制御する。こ
の過剰分の酸素を供給することにより、燃料電池内での
反応が進行し、残りの酸素は改質器４の燃焼ガスと合流
し、燃焼器７の燃焼に使用されタービン２を駆動するた
めに消費される。
御演算部３１にも与えられる。空気量制御演算部３１は
電池出力電流に見合った酸素量に対し定められた過剰分
の酸素を供給するように空気制御弁１０を制御する。こ
の過剰分の酸素を供給することにより、燃料電池内での
反応が進行し、残りの酸素は改質器４の燃焼ガスと合流
し、燃焼器７の燃焼に使用されタービン２を駆動するた
めに消費される。
次に、コンプレッサ３の吐出制御について述べる。コン
プレッサ３はタービン２によって駆動され、圧縮空気を
供給するが、この空気は弁１０゜燃料電池５を経て燃焼
器７の直前で、改質器４を経由した燃料電池排ガスと合
流しており、この点で空気系ラインの圧力と燃料系ライ
ンの圧力とは等しくなっている。これは燃料電池５の水
素極５Ａ側と酸素極５Ｂ側の圧力差を低く抑えるためで
あり、両極の圧力はこの合流点の圧力に各ガス系のわず
かな流路圧力損失を加えたものになる。従って、コンプ
レッサ３の吐出圧力も両系の合流点に一定差圧を持たせ
た方が、弁１０による燃料電池５への空気流入制御の容
易さ、弁１０が全開した時の両極の差圧の過大防止の面
で望ましい。弁１１はこの差圧をＩｌｌ ＩＩするため
に設けである。
プレッサ３はタービン２によって駆動され、圧縮空気を
供給するが、この空気は弁１０゜燃料電池５を経て燃焼
器７の直前で、改質器４を経由した燃料電池排ガスと合
流しており、この点で空気系ラインの圧力と燃料系ライ
ンの圧力とは等しくなっている。これは燃料電池５の水
素極５Ａ側と酸素極５Ｂ側の圧力差を低く抑えるためで
あり、両極の圧力はこの合流点の圧力に各ガス系のわず
かな流路圧力損失を加えたものになる。従って、コンプ
レッサ３の吐出圧力も両系の合流点に一定差圧を持たせ
た方が、弁１０による燃料電池５への空気流入制御の容
易さ、弁１０が全開した時の両極の差圧の過大防止の面
で望ましい。弁１１はこの差圧をＩｌｌ ＩＩするため
に設けである。
差圧設定信号ＤＰｓは差圧検出器１６の実差圧信号ＤＰ
ａと、比較器２５により偏差演算され、この偏差信号は
差圧演算部３２により演算され、差圧調節弁１１の開度
を制御することにより、弁１１の前後の圧力差を調節す
る。即ち、差圧が吐出側圧力過大の時は開方向、吐出側
圧力過小の時は開方向に制御される。
ａと、比較器２５により偏差演算され、この偏差信号は
差圧演算部３２により演算され、差圧調節弁１１の開度
を制御することにより、弁１１の前後の圧力差を調節す
る。即ち、差圧が吐出側圧力過大の時は開方向、吐出側
圧力過小の時は開方向に制御される。
なお、弁１３は燃料加湿用蒸気の制御弁であり、通常は
弁８と連動して制御されている。弁１４は空気加湿用蒸
気の制御弁であり、通常は弁１０と連動して１ｌｔｌｌ
されている。弁１２は空気系と燃料系の合流点の圧力を
制御するためのタービン２の駆動用の燃料を補給するた
めであり、図示していないＩｌｌ＠装置により合流点の
圧力を制御するように、タービン２とこれに連結したコ
ンプレッサ３を駆動制御し、コンプレッサの吐出空気を
制御している。また、弁１５は安全用−の吐出弁であり
、系の圧力が異常に上昇した時、図示していない制御装
置により開制御され余剰空気を外部へ吐出する。
弁８と連動して制御されている。弁１４は空気加湿用蒸
気の制御弁であり、通常は弁１０と連動して１ｌｔｌｌ
されている。弁１２は空気系と燃料系の合流点の圧力を
制御するためのタービン２の駆動用の燃料を補給するた
めであり、図示していないＩｌｌ＠装置により合流点の
圧力を制御するように、タービン２とこれに連結したコ
ンプレッサ３を駆動制御し、コンプレッサの吐出空気を
制御している。また、弁１５は安全用−の吐出弁であり
、系の圧力が異常に上昇した時、図示していない制御装
置により開制御され余剰空気を外部へ吐出する。
以上の操作により、従来の燃料電池プラントで −は
、燃料の改質、圧縮空気の発生、燃料電池への改質燃料
と酸素の供給、変換器による電気エネルギーの電力系統
への供給がバランスよりｗ制御される。
、燃料の改質、圧縮空気の発生、燃料電池への改質燃料
と酸素の供給、変換器による電気エネルギーの電力系統
への供給がバランスよりｗ制御される。
さて、上述の燃料電池は、その電力発生の原理上、供給
燃料、空気、各電池極の面積等を増大すれば、発生電流
もある程度増加することができるが、電池１個当りの起
電力は通常０．５〜０．８Ｖ程度であり、このままでは
大容量のものは作れない。
燃料、空気、各電池極の面積等を増大すれば、発生電流
もある程度増加することができるが、電池１個当りの起
電力は通常０．５〜０．８Ｖ程度であり、このままでは
大容量のものは作れない。
一方、同一電力を供給するために、電流を大きく、電圧
を低くした場合は、送電路、の抵抗弁による電力損失が
大きく、電池自身は効率良く発電しても送電損失を増や
すことになる。また、変換器。ｌ！、％ｆＦＥ−１！え
、ヵ、５□１、や１．、うえ。、 １従来から燃料電
池プラントでは、電池を複数個使用し、これを直列ある
いは並列に持続して、総計の電圧・電流出力を大きくし
ているのが通常である。
を低くした場合は、送電路、の抵抗弁による電力損失が
大きく、電池自身は効率良く発電しても送電損失を増や
すことになる。また、変換器。ｌ！、％ｆＦＥ−１！え
、ヵ、５□１、や１．、うえ。、 １従来から燃料電
池プラントでは、電池を複数個使用し、これを直列ある
いは並列に持続して、総計の電圧・電流出力を大きくし
ているのが通常である。
しかしながら、このような方式を採用しても以下のよう
な問題があり、電池電力利用発展の妨げになっていた。
な問題があり、電池電力利用発展の妨げになっていた。
燃料電池には出力端子電圧■と電流■、の間に第１０図
の特性図に示すような動作特性がある。
の特性図に示すような動作特性がある。
即ち、一定の燃料、空気供給状態においては出力電流Ｉ
Ｌを大きくとる程、その出力端子電圧■は下がり、その
傾向は燃料、空気が少なくなる程、特性カーブａから同
Ｃに近い特性となる傾向がある。また、同一組成、構造
で作った電池ではあっても、その個々の電圧−電流流特
性は必ずしも同一ではなく、更に製作当初は同一であっ
ても長時間の使用を経た段階で個々の特性も異なった変
化をする。従って、例えばこれら電池を直列に接続した
同一負荷電流■、をとったとしてもそれぞれの電池の出
力端子電圧は必ずしも同一でない。このような状態で多
量の負荷電流Ｉ、をとろうとした時、多数の直列電池の
中の１個でも劣化していて、その電圧−電流特性におい
て示す最大電流が、所要負荷電流以下となっていると、
その劣化電池は電力を供給し得ないばかりか、電池とい
うよりはむしろ抵抗体として働き、直列電池群全体とし
ての電力供給力を低下させるばかりでなく、劣化電池自
身の劣化を一層早めることになる。
Ｌを大きくとる程、その出力端子電圧■は下がり、その
傾向は燃料、空気が少なくなる程、特性カーブａから同
Ｃに近い特性となる傾向がある。また、同一組成、構造
で作った電池ではあっても、その個々の電圧−電流流特
性は必ずしも同一ではなく、更に製作当初は同一であっ
ても長時間の使用を経た段階で個々の特性も異なった変
化をする。従って、例えばこれら電池を直列に接続した
同一負荷電流■、をとったとしてもそれぞれの電池の出
力端子電圧は必ずしも同一でない。このような状態で多
量の負荷電流Ｉ、をとろうとした時、多数の直列電池の
中の１個でも劣化していて、その電圧−電流特性におい
て示す最大電流が、所要負荷電流以下となっていると、
その劣化電池は電力を供給し得ないばかりか、電池とい
うよりはむしろ抵抗体として働き、直列電池群全体とし
ての電力供給力を低下させるばかりでなく、劣化電池自
身の劣化を一層早めることになる。
従って、直列電池群の中に１個又は複数個の劣化電池が
存在すると、その直列電池群の供給可能出力電流は制限
を受けることになり、電力の供給信頼度を大きく損なう
。電池電力源の容儀が増えて直列電池数が増加する程劣
化電池の発生する頻度も高くなるため、この傾向はます
ます強くなり、大容量発電プラント発展の大きな障害と
、なっていた。
存在すると、その直列電池群の供給可能出力電流は制限
を受けることになり、電力の供給信頼度を大きく損なう
。電池電力源の容儀が増えて直列電池数が増加する程劣
化電池の発生する頻度も高くなるため、この傾向はます
ます強くなり、大容量発電プラント発展の大きな障害と
、なっていた。
これに対する対策として従来考えられて来たことは、電
池群をさらに小数の電池群の集りとして分割し、その分
割単位毎に予備を設け、運転中の劣化監視を厳しくして
、致命的故障となった場合は、該当部分のみを予備と交
換しようとするものである。
池群をさらに小数の電池群の集りとして分割し、その分
割単位毎に予備を設け、運転中の劣化監視を厳しくして
、致命的故障となった場合は、該当部分のみを予備と交
換しようとするものである。
しかし、このような場合でもさらに次のような欠点があ
った。即ち、予備の電池をすぐ使える状態に保管してお
く必要があり、さらに該当劣化部分の燃料系、空気系、
電機系を即座に予備に切替える必要がある。ところが、
これは以下のことを考慮すると不可能に近い。
った。即ち、予備の電池をすぐ使える状態に保管してお
く必要があり、さらに該当劣化部分の燃料系、空気系、
電機系を即座に予備に切替える必要がある。ところが、
これは以下のことを考慮すると不可能に近い。
即ち、燃料電池は重負荷状態で置くと、出力端子電圧が
定格の１．５倍程度に高くなり、永く放置して置くと白
金触媒の溶解、白金の結晶成長、触媒担持体の腐食等に
より電池性能が低下するため、電池両極に窒素封入する
かまたは両極間にダミー抵抗を接続して定格近辺の電圧
に保持した状態にしておく等の対策が予備用として必要
である。
定格の１．５倍程度に高くなり、永く放置して置くと白
金触媒の溶解、白金の結晶成長、触媒担持体の腐食等に
より電池性能が低下するため、電池両極に窒素封入する
かまたは両極間にダミー抵抗を接続して定格近辺の電圧
に保持した状態にしておく等の対策が予備用として必要
である。
また、電池両極間はガスの反応を促進するため構造的に
極めて薄い境界層で構成されて居り、両極間のガス圧力
の差圧が高いと、この薄い境界層が破損することから、
その差圧を小さく保持することが極めて重要である。と
ころが、予備として待機中の軽負荷状態から重負荷状態
の使用状態への急激な移行は、燃料、空気の消費量の変
化、予備として待機中の両極の圧力から運転中のプラン
トの圧力状態への移行等がからんで差圧の急変が生じや
すく、せっかくの良好な予備品を損ねる恐れもあり、運
転状態でのそのままの取換えはほとんと不可能である。
極めて薄い境界層で構成されて居り、両極間のガス圧力
の差圧が高いと、この薄い境界層が破損することから、
その差圧を小さく保持することが極めて重要である。と
ころが、予備として待機中の軽負荷状態から重負荷状態
の使用状態への急激な移行は、燃料、空気の消費量の変
化、予備として待機中の両極の圧力から運転中のプラン
トの圧力状態への移行等がからんで差圧の急変が生じや
すく、せっかくの良好な予備品を損ねる恐れもあり、運
転状態でのそのままの取換えはほとんと不可能である。
しかるに電力の安定供給が要求されてくると、運転中の
劣化といえども電池プラント全体の出力電圧、電力等に
著しい変化をもたらさず、継続運転可能な対策を講じる
必要が生じて来た。
劣化といえども電池プラント全体の出力電圧、電力等に
著しい変化をもたらさず、継続運転可能な対策を講じる
必要が生じて来た。
従って、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し
、複数個の燃料電池のうち単一または部分的な複数電池
の故障時にも所定の電圧あるいは電力を著しく損なう事
なく、運転継続可能な燃料電池プラントを提供すること
にある。
、複数個の燃料電池のうち単一または部分的な複数電池
の故障時にも所定の電圧あるいは電力を著しく損なう事
なく、運転継続可能な燃料電池プラントを提供すること
にある。
上記目的を達成するために、本発明は複数個の燃料電池
を直列または並列に接続し、燃料電池群 １の総
エネルギーを系統に供給する燃料電池発電手段と、燃料
電池の少なくとも１個分に相当する直流出力を発生する
直流電源手段と、燃料電池発電手段の中の一部の燃料電
池が故障したときそれを検出する故障検出手段と、直流
電源手段の出力を故障した燃料電池の出力に切替る切替
手段とを備えた燃料電池プラントを提供するものである
。
を直列または並列に接続し、燃料電池群 １の総
エネルギーを系統に供給する燃料電池発電手段と、燃料
電池の少なくとも１個分に相当する直流出力を発生する
直流電源手段と、燃料電池発電手段の中の一部の燃料電
池が故障したときそれを検出する故障検出手段と、直流
電源手段の出力を故障した燃料電池の出力に切替る切替
手段とを備えた燃料電池プラントを提供するものである
。
以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る燃料電池プラントの概
略構成図で、特に燃料電池３１１１を直列接続した場合
を例示するものである。同図において示すように、３個
の燃料電池５１−Ａ、５１−Ｂ。
略構成図で、特に燃料電池３１１１を直列接続した場合
を例示するものである。同図において示すように、３個
の燃料電池５１−Ａ、５１−Ｂ。
５１−Ｃで発生した直流電力は変換器６で交流に変換さ
れ、変圧器５３で電圧変成されて、電力系統５４に供給
される。各燃料電池にはそれぞれ並列に整流器５２−Ａ
、５２−８．５２−Ｃが接続されているが、これらの整
流器５２−Ａ、５２−８．５２−Ｃはそれぞれ並列に接
続されている燃料電池が劣化又は取除かれた時に、各電
池経路をバイパスして１！流を流すためのものである。
れ、変圧器５３で電圧変成されて、電力系統５４に供給
される。各燃料電池にはそれぞれ並列に整流器５２−Ａ
、５２−８．５２−Ｃが接続されているが、これらの整
流器５２−Ａ、５２−８．５２−Ｃはそれぞれ並列に接
続されている燃料電池が劣化又は取除かれた時に、各電
池経路をバイパスして１！流を流すためのものである。
なお、燃料電池５１−Ａ、５１−８．５１−Ｃと変換器
６の間には直流電源装置５６が接続される。変圧器５５
は電力系統５４の交流電力から直流電源装置！ｉ５６の
入力用補助電源を得るためものである。
６の間には直流電源装置５６が接続される。変圧器５５
は電力系統５４の交流電力から直流電源装置！ｉ５６の
入力用補助電源を得るためものである。
この場合、直流ｉＩ源装置５６は単なる整流回路でも良
い。整流器５７は通常は電池群より、変換器６へ順方向
電流を流し、直流電源装置１５６が活きている時は、こ
の出力電圧で逆バイアス状態となり、電流遮新状態とす
るためのものである。直流電源装置１５６が活きた場合
は、電池群５１−Ａ。
い。整流器５７は通常は電池群より、変換器６へ順方向
電流を流し、直流電源装置１５６が活きている時は、こ
の出力電圧で逆バイアス状態となり、電流遮新状態とす
るためのものである。直流電源装置１５６が活きた場合
は、電池群５１−Ａ。
５１−８．５１−Ｃと直流電源装置５６は直列状態に接
続された事になり、両者の出力電圧の和の電圧が、変換
器６への入力電圧となる。
続された事になり、両者の出力電圧の和の電圧が、変換
器６への入力電圧となる。
かかる構成において、次にその動作を説明する。
いま、電池５１−八が劣化し、その電圧電流特性が第８
図の特性カーブＣの方向へ移動し、充分な出力電流ＩＬ
を送り得なくなった場合を想定する。
図の特性カーブＣの方向へ移動し、充分な出力電流ＩＬ
を送り得なくなった場合を想定する。
この場合、出力電流ｉ、が第８図の特性曲線が横軸と交
わる点の電流１以下であれば、電池５１−Ａの出力電圧
は、この曲線と出力電流；、との交点として求まる点の
電圧■１迄下がり、この電池群の出力電圧も下がる。一
方、出力電流ｉ、が１以上であれば電池５１−Ａの出力
電圧は０■以下ととなり、もはや電流を送り出す能力が
無くなり、負荷電流は電池５１−Ａをバイパスして、整
流器５２−Ａを流れるようになる。この場合、電池５１
−Ａの両端の電圧はほぼ０■となり、この電池群全体の
出力電圧も下がる。この電池群の出力電圧の降下が許容
値以下の場合、例えば変換器６がその直流入力電圧では
充分な直流変換が行なえない値となった時、または図示
していない直流負荷が充分な直流入力を受けられなくな
った時、図示していない起動装置により直流電源°装置
５６を起動する。その結果、直流電源装置５６の直流出
力電圧が電池群に直列に接続された状態となり、それ迄
順方向導通していた整流器５７の電流を肩代りして、変
換器６へ出力電流を流す事になる。
わる点の電流１以下であれば、電池５１−Ａの出力電圧
は、この曲線と出力電流；、との交点として求まる点の
電圧■１迄下がり、この電池群の出力電圧も下がる。一
方、出力電流ｉ、が１以上であれば電池５１−Ａの出力
電圧は０■以下ととなり、もはや電流を送り出す能力が
無くなり、負荷電流は電池５１−Ａをバイパスして、整
流器５２−Ａを流れるようになる。この場合、電池５１
−Ａの両端の電圧はほぼ０■となり、この電池群全体の
出力電圧も下がる。この電池群の出力電圧の降下が許容
値以下の場合、例えば変換器６がその直流入力電圧では
充分な直流変換が行なえない値となった時、または図示
していない直流負荷が充分な直流入力を受けられなくな
った時、図示していない起動装置により直流電源°装置
５６を起動する。その結果、直流電源装置５６の直流出
力電圧が電池群に直列に接続された状態となり、それ迄
順方向導通していた整流器５７の電流を肩代りして、変
換器６へ出力電流を流す事になる。
その結果、電力系統５４に対して安定した交流電力の供
給を行なうことができる。
給を行なうことができる。
なお、上記実施例では切換えを円滑に行なうために、整
流器５２−Ａ、５２−８．５２−Ｃ。
流器５２−Ａ、５２−８．５２−Ｃ。
５７を使用する場合を例示したが、代りにしゃ断器、リ
レー等を用いてもよい。
レー等を用いてもよい。
第２図はかかる観点から構成された本発明の第２の実施
例に係るｍ料電池プラントの概略構成図である。
例に係るｍ料電池プラントの概略構成図である。
同図に示す如く、電池群は３個の燃料電池５１−Ａ、５
１−８．５１−Ｃを整流器６６−Ａ。
１−８．５１−Ｃを整流器６６−Ａ。
６６−８．６６−Ｃを含めて直列接続して構成される。
切換リレー６２．６３．６４はそれぞれ電池５１−Ａ、
５１−Ｂ、５１−Ｃが劣化した時、直流電源装置ｆ５６
側からの出力を活かすための切換機能を有し、それぞれ
図示していない励磁コイルを励磁する事により動作する
。なお、各切換リレーの接点ａ１．ａ２は励磁コイルを
励磁した時閉じる常時開接点、ｂｌは励磁した時開く常
時閉接点である。整流器６５は直流電源装置５６が活
１きてない時の逆流を防止するためのものであり直
流電源装置５６自身が逆流に耐えるなら無くても良い。
５１−Ｂ、５１−Ｃが劣化した時、直流電源装置ｆ５６
側からの出力を活かすための切換機能を有し、それぞれ
図示していない励磁コイルを励磁する事により動作する
。なお、各切換リレーの接点ａ１．ａ２は励磁コイルを
励磁した時閉じる常時開接点、ｂｌは励磁した時開く常
時閉接点である。整流器６５は直流電源装置５６が活
１きてない時の逆流を防止するためのものであり直
流電源装置５６自身が逆流に耐えるなら無くても良い。
整流器６６−Ａ、６６−８．６６−Ｃはそれぞれ電池５
１−Ａ、５１−８，５１−Ｃの逆流を防止するためのも
のであり、それぞれのために設けられたリレー６２．６
３．６４が励磁となった時、整流器６５と組み合わさっ
て直流電源装置５６の出力と該当電池出力のうち、高電
圧の方の出力を選択し、流すためのものである。
１−Ａ、５１−８，５１−Ｃの逆流を防止するためのも
のであり、それぞれのために設けられたリレー６２．６
３．６４が励磁となった時、整流器６５と組み合わさっ
て直流電源装置５６の出力と該当電池出力のうち、高電
圧の方の出力を選択し、流すためのものである。
かかる構成において、次にその動作を説明する。
電池５１−Ａ、５１−８．５１−Ｃが正常の時は通常、
リレー６２．６３．６４は無励磁として置く。この場合
、直流電源装置５６の出力はそれぞれのリレー接点ａ１
．ａ２により切離されている。また、各リレーの接点ｂ
１は閉の状態となっており、整流器６６−Ａ、６６−８
．６６−Ｃはバイパスされ、電池群は直列に接続された
状態で変換器６へ接続している。ちなみに、各リレーの
接点ｂ１は正常時の整流器順方向降下分の損失を補うた
めで、無くても良い。今、電池５１−Ａが劣化した状態
を想定して動作を説明する。この時、リレー６２を励磁
させると、この接点ａ１．ａ２゜が閉となり、接点ｂ１
が開となるため、直流電源装置５６と電池５１−Ａはそ
れぞれと直列に接続された整流器６５．６６−Ａを経由
して並列に接続された状態となる。この状態で直流電源
装置５６の出力電圧が電池５１−Ａの出力電圧より高け
れば整流器６５は導通状態、整流器６６−Ａは非導通の
状態となり、直８！電源装置１１５６の出力が劣化電池
出力に肩代りした状態で、プラントの運転が継続可能と
なる。劣化電池が交換又は復旧されて所要の出力が可能
となれば、整流器６６−八が導通、整流器６５が非導通
となって正規の運転状態となるので、リレー６２を無励
磁とすれば元の状態に戻り、直流電源装置５６は次の劣
化故障が起るまで待機状態となる。
リレー６２．６３．６４は無励磁として置く。この場合
、直流電源装置５６の出力はそれぞれのリレー接点ａ１
．ａ２により切離されている。また、各リレーの接点ｂ
１は閉の状態となっており、整流器６６−Ａ、６６−８
．６６−Ｃはバイパスされ、電池群は直列に接続された
状態で変換器６へ接続している。ちなみに、各リレーの
接点ｂ１は正常時の整流器順方向降下分の損失を補うた
めで、無くても良い。今、電池５１−Ａが劣化した状態
を想定して動作を説明する。この時、リレー６２を励磁
させると、この接点ａ１．ａ２゜が閉となり、接点ｂ１
が開となるため、直流電源装置５６と電池５１−Ａはそ
れぞれと直列に接続された整流器６５．６６−Ａを経由
して並列に接続された状態となる。この状態で直流電源
装置５６の出力電圧が電池５１−Ａの出力電圧より高け
れば整流器６５は導通状態、整流器６６−Ａは非導通の
状態となり、直８！電源装置１１５６の出力が劣化電池
出力に肩代りした状態で、プラントの運転が継続可能と
なる。劣化電池が交換又は復旧されて所要の出力が可能
となれば、整流器６６−八が導通、整流器６５が非導通
となって正規の運転状態となるので、リレー６２を無励
磁とすれば元の状態に戻り、直流電源装置５６は次の劣
化故障が起るまで待機状態となる。
上述したように電池１個分の容量を持つ直流電源装置５
６を待機させ劣化電池の肩代わりをさせるようにすれば
、たった１個の電池の故障でプラント全体を止める事無
く運転ＩＩ！続でき、また交換、修理等の復旧も容易と
なる。
６を待機させ劣化電池の肩代わりをさせるようにすれば
、たった１個の電池の故障でプラント全体を止める事無
く運転ＩＩ！続でき、また交換、修理等の復旧も容易と
なる。
なお、第１図、第２図の実施例では系統５４から変圧器
５３を介して直流ｔｍ装置５６への電源入力とする場合
を例示したが、別置の交流出力変換器、発電機等の交流
電源出力を入力としても良い。例えば、第３図、第４図
の概略構成図に示すように補助電源を変換Ｖｓ６自身の
出力側から取るようにしてもよく、第１図、第２図に示
した変圧器５５が不要になるという利点がある。さらに
、系統５４側からの補助電源が断たれても自刃で直流電
源６への供給が可能である。また、第５図、第６図の概
略構成図に示すように、補助電源として別置きの直流電
源装置ｉ７０を置き、第１図、第２図に示した直流電源
装置１５６の代わりにＤＣ／ＤＣ変換器７１を配するこ
とにより、負荷側の状況にｌ係なくバックアップするこ
とが可能である。
５３を介して直流ｔｍ装置５６への電源入力とする場合
を例示したが、別置の交流出力変換器、発電機等の交流
電源出力を入力としても良い。例えば、第３図、第４図
の概略構成図に示すように補助電源を変換Ｖｓ６自身の
出力側から取るようにしてもよく、第１図、第２図に示
した変圧器５５が不要になるという利点がある。さらに
、系統５４側からの補助電源が断たれても自刃で直流電
源６への供給が可能である。また、第５図、第６図の概
略構成図に示すように、補助電源として別置きの直流電
源装置ｉ７０を置き、第１図、第２図に示した直流電源
装置１５６の代わりにＤＣ／ＤＣ変換器７１を配するこ
とにより、負荷側の状況にｌ係なくバックアップするこ
とが可能である。
さらに、第７図、第８図の概略構成図に示すように、第
５図、第６図の構成から直流電源装置７０を省き、代わ
りにＤＣ／ＤＣ変換器７１への入力を電池群の直流側か
らとるように構成してもよく、この場合、変換器６が無
く、直流側の負荷のみへ供給しているような”システム
に特に有効である。
５図、第６図の構成から直流電源装置７０を省き、代わ
りにＤＣ／ＤＣ変換器７１への入力を電池群の直流側か
らとるように構成してもよく、この場合、変換器６が無
く、直流側の負荷のみへ供給しているような”システム
に特に有効である。
なお、上記各実施例では、燃料電池°が３個直列構成と
なったプラントを例示し、１個劣化した場合を説明した
が、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、
複数個の直列・並列接続のプラントの場合にも適用可能
であり、直流電源装置等の出力電圧・容量等を増加すれ
ば複数個分の故障にも同様の考え方で対処可能であるこ
とはいうまでもない。
なったプラントを例示し、１個劣化した場合を説明した
が、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、
複数個の直列・並列接続のプラントの場合にも適用可能
であり、直流電源装置等の出力電圧・容量等を増加すれ
ば複数個分の故障にも同様の考え方で対処可能であるこ
とはいうまでもない。
以上述べたように、本発明によれば、複数個の燃料電池
を直列または並列接続して電力を発生する系統において
、電池の一部が故障しても系統を安定に保つことを可能
とした燃料電池プラントを得ることができる。
を直列または並列接続して電力を発生する系統において
、電池の一部が故障しても系統を安定に保つことを可能
とした燃料電池プラントを得ることができる。
第１図、第２図は本発明の一実施例および他の□８．８
□□ア５．、□、□、 １第３図、第４図、第５
図、第６図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の変形例
を示す概略構成図、第９図は従来の燃料電池プラントの
概略構成図、第１０図は燃料電池の動作特性を示す特性
図である。 ５１−Ａ、５１−８．５１−Ｃ，−・・燃料電池、５２
−Ａ、５２−８．５２−Ｃ・・・整流器、５３゜５５・
・・変圧器、５４・・・電力系統、５６・・・直流電源
装置、６２．６３．６４・・・切換リレー、７ｏ・・・
直ＦＩＬｒｉａ、７１ ・Ｄ Ｃ／ Ｄ Ｃ変換器。 出願人代理人 猪 股 清 ６１ 図 ′Ｆ５２ 閉 Ｐｌ）４ 図 。 ｇＩ５９１１ｉｍ
□□ア５．、□、□、 １第３図、第４図、第５
図、第６図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の変形例
を示す概略構成図、第９図は従来の燃料電池プラントの
概略構成図、第１０図は燃料電池の動作特性を示す特性
図である。 ５１−Ａ、５１−８．５１−Ｃ，−・・燃料電池、５２
−Ａ、５２−８．５２−Ｃ・・・整流器、５３゜５５・
・・変圧器、５４・・・電力系統、５６・・・直流電源
装置、６２．６３．６４・・・切換リレー、７ｏ・・・
直ＦＩＬｒｉａ、７１ ・Ｄ Ｃ／ Ｄ Ｃ変換器。 出願人代理人 猪 股 清 ６１ 図 ′Ｆ５２ 閉 Ｐｌ）４ 図 。 ｇＩ５９１１ｉｍ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数個の燃料電池を直列または並列に接続し、燃料
電池群の総エネルギーを系統に供給する燃料電池発電手
段と、燃料電池の少なくとも１個分に相当する直流出力
を発生する直流電源手段と、前記燃料電池発電手段の中
の一部の燃料電池が故障したときそれを検出する故障検
出手段と、前記直流電源手段の出力を故障した燃料電池
の出力に切替る切替手段とを備えたことを特徴とする燃
料電池プラント。 ２、前記直流電源手段がその電源を前記燃料電池発電手
段から給電される系統から供給されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の燃料電池プラント。 ３、前記直流電源手段がその電源を前記燃料電池発電手
段から給電される交流系統から変圧手段および整流手段
を介して供給されることを特徴とする特許請求の範囲第
２項に記載の燃料電池プラント。 ４、前記直流電源がその電源を前記燃料電池発電手段の
直流−交流変換手段の出力側から整流手段を介して供給
されることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
燃料電池プラント。 ５、前記直流電源手段がその電源を別置の直流電源から
直流−直流変換手段を介して供給されることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項に記載の燃料電池プラント。 ６、前記直流電源手段がその電源を前記燃料電池発電手
段の直流部から直流−直流変換手段を介して供給される
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の燃料電
池プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59262304A JPS61140071A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | 燃料電池プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59262304A JPS61140071A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | 燃料電池プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61140071A true JPS61140071A (ja) | 1986-06-27 |
Family
ID=17373923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59262304A Pending JPS61140071A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | 燃料電池プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61140071A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6224570A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-02-02 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2006172769A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池システムおよび燃料電池システム制御方法 |
| JP2010520606A (ja) * | 2007-03-08 | 2010-06-10 | アダプティブ マテリアルズ インク． | 各燃料電池を相互接続するためのバイパス回路を備える燃料電池 |
-
1984
- 1984-12-12 JP JP59262304A patent/JPS61140071A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6224570A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-02-02 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2006172769A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池システムおよび燃料電池システム制御方法 |
| JP2010520606A (ja) * | 2007-03-08 | 2010-06-10 | アダプティブ マテリアルズ インク． | 各燃料電池を相互接続するためのバイパス回路を備える燃料電池 |
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