JPH0447674A - 燃料電池の温度制御装置 - Google Patents
燃料電池の温度制御装置Info
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- JPH0447674A JPH0447674A JP2154506A JP15450690A JPH0447674A JP H0447674 A JPH0447674 A JP H0447674A JP 2154506 A JP2154506 A JP 2154506A JP 15450690 A JP15450690 A JP 15450690A JP H0447674 A JPH0447674 A JP H0447674A
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- Japan
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- heating tank
- fuel cell
- thermo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、液冷式燃料電池における運転温度。
起動温度、および発電待機温度の制御装置如関する。
電解質を保持したマトリックスを挟んで燃料電極および
空気電極を配した単位セル複数層を、複数の単位セルご
とに液冷式の冷却板を介在させて積層した、例えばシん
酸型に代表される燃料電池は、ガス透過性の電極基材の
マトリックス側に担持した電極触媒層に、反マトリック
ス側に形成された反応ガス通路を介して燃料ガスまたは
反応空気を供給し、電極基材を透過した反応活物質が一
対の電極触媒層で電気化学反応を起こすこと如よって発
電が行われる。
空気電極を配した単位セル複数層を、複数の単位セルご
とに液冷式の冷却板を介在させて積層した、例えばシん
酸型に代表される燃料電池は、ガス透過性の電極基材の
マトリックス側に担持した電極触媒層に、反マトリック
ス側に形成された反応ガス通路を介して燃料ガスまたは
反応空気を供給し、電極基材を透過した反応活物質が一
対の電極触媒層で電気化学反応を起こすこと如よって発
電が行われる。
上記反応活物質の電極触媒層への拡散を容易化し、電気
化学反応を活性化するために、その運転温度はシん酸型
燃料電池の場合例えば190℃に保持される。したがっ
て、燃料電池が長期間運転を休止してその温度が常mK
低下している場合、燃料電池温度に外淵する起動操作を
必要とする。
化学反応を活性化するために、その運転温度はシん酸型
燃料電池の場合例えば190℃に保持される。したがっ
て、燃料電池が長期間運転を休止してその温度が常mK
低下している場合、燃料電池温度に外淵する起動操作を
必要とする。
また、発電運転を短時間停止する場合には、運転の再開
に備えて運転温度よシ低い所定の待機淵度に保持する操
作を必要とする。
に備えて運転温度よシ低い所定の待機淵度に保持する操
作を必要とする。
第5図は従来の温度制御装置を示すシステム70−図で
あり、単位セルの積層体からなる液冷式の燃料電池1け
、複数単位セルごとに液冷式の冷却板5全備え、その冷
却パイプ5Aは熱媒体12の主循環路15に連結される
。主循環路15け、ヒータ11Aによシ加熱された熱媒
体12を包蔵した加熱タンク11から熱媒体12を循環
ポンプ13を介して冷却パイプ5Aに供給し、冷却パイ
プ5Aから出た熱媒体12を冷却する熱交換器14を径
由して加熱タンク11に戻すよう構成され、冷却パイプ
5Aの入口、出口には、冷却パイプ5Aと並列に調節弁
16を有する側路17が設けられる。
あり、単位セルの積層体からなる液冷式の燃料電池1け
、複数単位セルごとに液冷式の冷却板5全備え、その冷
却パイプ5Aは熱媒体12の主循環路15に連結される
。主循環路15け、ヒータ11Aによシ加熱された熱媒
体12を包蔵した加熱タンク11から熱媒体12を循環
ポンプ13を介して冷却パイプ5Aに供給し、冷却パイ
プ5Aから出た熱媒体12を冷却する熱交換器14を径
由して加熱タンク11に戻すよう構成され、冷却パイプ
5Aの入口、出口には、冷却パイプ5Aと並列に調節弁
16を有する側路17が設けられる。
このように構成された装置における燃料電池1の起動操
作は、熱交換器14への冷媒の供給を停止した状態で例
えば170℃に加熱された熱媒体12を主循環路15に
循環することによって行われ、燃料電池温度の昇温速度
1−1l:m度センサ18で冷却板5の温度を検出した
温度調節器19が調節弁16の開度全制御することによ
り、冷却板5と側路17とに熱媒体を分流させることに
よって行われる。また、待機温度の保持も同様な方法に
よって行われる。
作は、熱交換器14への冷媒の供給を停止した状態で例
えば170℃に加熱された熱媒体12を主循環路15に
循環することによって行われ、燃料電池温度の昇温速度
1−1l:m度センサ18で冷却板5の温度を検出した
温度調節器19が調節弁16の開度全制御することによ
り、冷却板5と側路17とに熱媒体を分流させることに
よって行われる。また、待機温度の保持も同様な方法に
よって行われる。
一方、運転温度の保持は、加熱タンク11が包蔵する熱
媒体12の温度170℃と運転温度190℃との差を利
用して起動時あるいは待機時の操作と同様に行われるが
、発電生成熱が大きい重負荷状態では、生成熱の一部を
熱交換器14で吸収することにより運転温度を保持する
操作が行われる。
媒体12の温度170℃と運転温度190℃との差を利
用して起動時あるいは待機時の操作と同様に行われるが
、発電生成熱が大きい重負荷状態では、生成熱の一部を
熱交換器14で吸収することにより運転温度を保持する
操作が行われる。
第6図は無負荷状態の燃料電池の温度と電極触媒層の劣
化速度との関係を示す特性線図であり、燃料電池を無負
荷または負荷率25%以下の軽負荷状態で160℃を超
える高温に保持すると、電極触媒粒子が粗大化して電極
表面積が低下したり、あるいは触媒粒子を担持するカー
ボンブラックが腐食するなど、いわゆる電極の高温劣化
が起こシ、電池の発電性能および残存寿命が低下するな
どの障害が発生する。また、130℃以下の温度では電
極触媒層への反応ガスの拡散や発電生成水の電極外への
放出速度が低下する。
化速度との関係を示す特性線図であり、燃料電池を無負
荷または負荷率25%以下の軽負荷状態で160℃を超
える高温に保持すると、電極触媒粒子が粗大化して電極
表面積が低下したり、あるいは触媒粒子を担持するカー
ボンブラックが腐食するなど、いわゆる電極の高温劣化
が起こシ、電池の発電性能および残存寿命が低下するな
どの障害が発生する。また、130℃以下の温度では電
極触媒層への反応ガスの拡散や発電生成水の電極外への
放出速度が低下する。
そこで燃料電池の待機温度を160℃程度に保ち、反応
ガスを供給することくより発電生成熱を利用して電池流
度全運転温度に昇温し、発電運転を開始できるようにす
るとともに、起動時においても上記同様に熱媒体によっ
て130℃程度に外淵した状態で燃料ガスGFおよび空
気GAの供給を開始すると同時に、電流制御装置7によ
り燃料電池の出力電流を徐々に増し、発電生成熱によっ
て電池温度を運転温度まで外淵する操作を行うことによ
り、この昇温過程での電極の高温劣化を回避する手段が
とられる。
ガスを供給することくより発電生成熱を利用して電池流
度全運転温度に昇温し、発電運転を開始できるようにす
るとともに、起動時においても上記同様に熱媒体によっ
て130℃程度に外淵した状態で燃料ガスGFおよび空
気GAの供給を開始すると同時に、電流制御装置7によ
り燃料電池の出力電流を徐々に増し、発電生成熱によっ
て電池温度を運転温度まで外淵する操作を行うことによ
り、この昇温過程での電極の高温劣化を回避する手段が
とられる。
一方、加熱タンクが包蔵する熱媒体の温度は、待機温度
と運転温度の中間温度である170℃程度に設定され、
起動時の加熱媒体と、運転時の冷却媒体との二つの機能
を一つの液体例えば水が、その設定温度を変えることな
く兼ねるよう構成される。
と運転温度の中間温度である170℃程度に設定され、
起動時の加熱媒体と、運転時の冷却媒体との二つの機能
を一つの液体例えば水が、その設定温度を変えることな
く兼ねるよう構成される。
しかしながら、待機温度の保持や起動時の昇温速度を、
主に調節弁16により側路17へのバイパス流量を制御
して行う従来の方法では、熱媒体凌ぐ 湛能動口熱タンクで固定されているために、細かな温度
制御が困難な場合が多く、待機温度や運転温度が変化し
やすいという問題があった。
主に調節弁16により側路17へのバイパス流量を制御
して行う従来の方法では、熱媒体凌ぐ 湛能動口熱タンクで固定されているために、細かな温度
制御が困難な場合が多く、待機温度や運転温度が変化し
やすいという問題があった。
この発明の目的は、設備の構成を複雑化することなく、
電池温度の制御精度全向上かつ安定化することにある。
電池温度の制御精度全向上かつ安定化することにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、複数層
の単位セルごとに液冷式の冷却板が積層された燃料電池
と、この燃料電池の運転温度と待機温度との中間温度に
保持された熱媒体を包蔵する加熱タンクと、前記熱媒体
全前記冷却板全径由して前記加熱タンクに戻す循環ポン
プを含む主循環路金偏えたものにおいて、前記主循環路
の加熱タンク入口寄りに配された三方切換弁と、この三
方切換弁の一つの吐出側と前記循環ポンプの吸込み側と
に連通ずる側路とを備え、前記三方切換弁の操作によシ
前記燃料電池の起動時1発電待機時。
の単位セルごとに液冷式の冷却板が積層された燃料電池
と、この燃料電池の運転温度と待機温度との中間温度に
保持された熱媒体を包蔵する加熱タンクと、前記熱媒体
全前記冷却板全径由して前記加熱タンクに戻す循環ポン
プを含む主循環路金偏えたものにおいて、前記主循環路
の加熱タンク入口寄りに配された三方切換弁と、この三
方切換弁の一つの吐出側と前記循環ポンプの吸込み側と
に連通ずる側路とを備え、前記三方切換弁の操作によシ
前記燃料電池の起動時1発電待機時。
および発電運転時における温度を制御するよう構成して
なるものとする。
なるものとする。
この発明の構成において、主循環路の加熱タンク寄りに
三方弁を介して熱媒体が分流する側路を設けたことによ
り、加熱タンクが緩衝槽として機能し、三方弁による分
流制御で加熱タンクからの熱媒体の供給量全広範囲に制
御することが容易化される。側路を介して冷却板側に循
環する熱媒体は、循環系の熱放散によって熱媒体が冷却
されるので、熱媒体温度を例えば燃料電池の待機温度に
下げることが容易であQ、加熱タンクからの熱補給と併
せて待機流度や昇流速度全円滑に制御できる。
三方弁を介して熱媒体が分流する側路を設けたことによ
り、加熱タンクが緩衝槽として機能し、三方弁による分
流制御で加熱タンクからの熱媒体の供給量全広範囲に制
御することが容易化される。側路を介して冷却板側に循
環する熱媒体は、循環系の熱放散によって熱媒体が冷却
されるので、熱媒体温度を例えば燃料電池の待機温度に
下げることが容易であQ、加熱タンクからの熱補給と併
せて待機流度や昇流速度全円滑に制御できる。
以下この発明全実施例に基づいて説明する。
第1図はこの発明の実施例になる燃料電池の温度制御装
置を示すシステムフロー図である。図において、170
℃に加熱された熱媒体12が加熱タンク11を出て、循
環ポンプ13.燃料電池1の冷却板5.熱交換器14を
径由して加熱タンク11に戻る主循環路15には、その
加熱タンク11の入口側寄シに比例制御型の三方切換弁
26が設けられ、その一方の吐出側は側路27を介して
循環ポンプ13の吸込み側に連結される。また、冷却板
5の温度は、温度センサ18によシ検出され、温度調節
器19が検出温度と設定温度との差に基づいて発する指
令信号により、流量調節器29が三方切換弁26を比例
制御することにより、熱媒体12が加熱タンク11に戻
る量と、側路27側に環流する量とが制御される。
置を示すシステムフロー図である。図において、170
℃に加熱された熱媒体12が加熱タンク11を出て、循
環ポンプ13.燃料電池1の冷却板5.熱交換器14を
径由して加熱タンク11に戻る主循環路15には、その
加熱タンク11の入口側寄シに比例制御型の三方切換弁
26が設けられ、その一方の吐出側は側路27を介して
循環ポンプ13の吸込み側に連結される。また、冷却板
5の温度は、温度センサ18によシ検出され、温度調節
器19が検出温度と設定温度との差に基づいて発する指
令信号により、流量調節器29が三方切換弁26を比例
制御することにより、熱媒体12が加熱タンク11に戻
る量と、側路27側に環流する量とが制御される。
このように構成されたシステムにおいては、上部空間を
有する加熱タンク11が緩衝槽として機能し、循環ポン
プ13の吸込み側に合流する加熱タンク11からの17
0℃に加熱された熱媒体の流量と、側路27からの熱媒
体の流量との割合を三方切換弁によって自由に制御する
ことが可能になる。したがって、燃料電池1を130℃
程度の待機温度に保持する場合、側路27を径由する循
環系の放熱を利用して加熱タンク11が包蔵する熱媒体
12の温度を170℃に保ったま\、循環路を流れる熱
媒体の温度を130℃近くにまで下げることが可能にな
り、熱媒体温度の下がシ過ぎ全加熱タンク11からの高
温の熱媒体によって補うことにより、燃料電池温度を待
機温度に精度よく安定して保持することができる。また
、起動時についても同様であ)、循環する熱媒体温度を
一方切換弁26の流量配分によって制御することにより
、所望の昇温速度を得ることができる。
有する加熱タンク11が緩衝槽として機能し、循環ポン
プ13の吸込み側に合流する加熱タンク11からの17
0℃に加熱された熱媒体の流量と、側路27からの熱媒
体の流量との割合を三方切換弁によって自由に制御する
ことが可能になる。したがって、燃料電池1を130℃
程度の待機温度に保持する場合、側路27を径由する循
環系の放熱を利用して加熱タンク11が包蔵する熱媒体
12の温度を170℃に保ったま\、循環路を流れる熱
媒体の温度を130℃近くにまで下げることが可能にな
り、熱媒体温度の下がシ過ぎ全加熱タンク11からの高
温の熱媒体によって補うことにより、燃料電池温度を待
機温度に精度よく安定して保持することができる。また
、起動時についても同様であ)、循環する熱媒体温度を
一方切換弁26の流量配分によって制御することにより
、所望の昇温速度を得ることができる。
さらに、運転中には熱交換器14を作動させて発電生成
熱を回収する作用と、加熱タンク11が包蔵する170
℃に加熱した熱媒体と運転温度との差を利用して燃料電
池を冷却する作用とによって運転温度を保持できるとと
もに、熱交換器14で冷却された熱媒体が側路27を通
って冷却板に環流することにより、効率のよい冷却が可
能になる。
熱を回収する作用と、加熱タンク11が包蔵する170
℃に加熱した熱媒体と運転温度との差を利用して燃料電
池を冷却する作用とによって運転温度を保持できるとと
もに、熱交換器14で冷却された熱媒体が側路27を通
って冷却板に環流することにより、効率のよい冷却が可
能になる。
第2図は実施例における変形例を示す図であり、オン・
オフ制御形の三方切換弁を用いた点が前述の実施例と異
なっておシ、前述の実施例と同様な機能が得られるとと
もに、その制御系を簡素化できる利点が得られる。
オフ制御形の三方切換弁を用いた点が前述の実施例と異
なっておシ、前述の実施例と同様な機能が得られるとと
もに、その制御系を簡素化できる利点が得られる。
第3図は実施例のさらに異なる変形側を示す図であり、
三方切換弁46を2個の操作弁47,48で構成してお
り、加熱タンク11.側路27に分流する熱媒体の流量
を2個の操作弁を交互に所定のタイミングでオン・オフ
制御することによシ前述の説明と同様な機能を得ること
ができる。
三方切換弁46を2個の操作弁47,48で構成してお
り、加熱タンク11.側路27に分流する熱媒体の流量
を2個の操作弁を交互に所定のタイミングでオン・オフ
制御することによシ前述の説明と同様な機能を得ること
ができる。
第4図は他の実施例を示す要部の構成図であり、加熱タ
ンクを170℃に加熱された熱媒体12の貯槽51と、
熱媒体12を加熱する熱交換器52とに分割し、循環ポ
ンプ53を介して連結した点が前述の実施例と異なって
おシ、例えば熱交換器52をその熱源に近い場所に配し
て排熱利用を行う場合、装置のレイアウトを合理化でき
るなどの利点が得られる。
ンクを170℃に加熱された熱媒体12の貯槽51と、
熱媒体12を加熱する熱交換器52とに分割し、循環ポ
ンプ53を介して連結した点が前述の実施例と異なって
おシ、例えば熱交換器52をその熱源に近い場所に配し
て排熱利用を行う場合、装置のレイアウトを合理化でき
るなどの利点が得られる。
この発明は前述のように、主循環路の加熱タンク入口側
に配した三方切換弁と循環ポンプ吸込み側との間に側路
を設け、加熱タンクからの熱媒体と側路からの熱媒体が
循環ポンプの吸込み側で合流するよう構成した。その結
果、待機温度と運転温度との中間温度に加熱された熱媒
体全循環ポンプの吐出側で一部側路に分流して燃料電池
温度を調整する従来の方法に比べ、燃料電池の冷却板を
通る熱媒体の温度全自由に変えることが可能になるので
、例えば熱媒体温度を待機温度に近づけることによって
待機温度全精度よく保持できるとともに、起動時の昇温
速度の調整を容易化することができる。また、上記待機
操作および起動操作は加熱タンク内の熱媒体温度を変え
ずに行うことができるので、この温度の熱媒体を冷却媒
体に利用して行う運転温度の制御への切換も容易であシ
、かつ熱交換器で冷却した熱媒体を側路を介して冷却板
側に環流することにより、重負荷時の運転温度を精度よ
く保持できる利点が得られる。
に配した三方切換弁と循環ポンプ吸込み側との間に側路
を設け、加熱タンクからの熱媒体と側路からの熱媒体が
循環ポンプの吸込み側で合流するよう構成した。その結
果、待機温度と運転温度との中間温度に加熱された熱媒
体全循環ポンプの吐出側で一部側路に分流して燃料電池
温度を調整する従来の方法に比べ、燃料電池の冷却板を
通る熱媒体の温度全自由に変えることが可能になるので
、例えば熱媒体温度を待機温度に近づけることによって
待機温度全精度よく保持できるとともに、起動時の昇温
速度の調整を容易化することができる。また、上記待機
操作および起動操作は加熱タンク内の熱媒体温度を変え
ずに行うことができるので、この温度の熱媒体を冷却媒
体に利用して行う運転温度の制御への切換も容易であシ
、かつ熱交換器で冷却した熱媒体を側路を介して冷却板
側に環流することにより、重負荷時の運転温度を精度よ
く保持できる利点が得られる。
さらに、待機温度や昇温速度が精度よく保たれることに
より、電極の高温劣化を確実に防止する機#Uが得られ
るので、燃料電池の発電性能を長期間安定に保持するこ
とに貢献できるとともに、装置の複雑化全件わないので
、燃料電池発電装置の低コスト化にも貢献できる利点が
得られる。
より、電極の高温劣化を確実に防止する機#Uが得られ
るので、燃料電池の発電性能を長期間安定に保持するこ
とに貢献できるとともに、装置の複雑化全件わないので
、燃料電池発電装置の低コスト化にも貢献できる利点が
得られる。
第1図はこの発明の実施例になる燃料電池の温度制御装
置金示すシステム70−図、第2図および第3図は実施
例における互いに異なる変形例を示す図、第4図はこの
発明の異なる実施例を示す図、第5図は従来の温度制御
装置を示すシステムフロー図、第6図は燃料電池温度と
電極触媒の劣化速度との関係を示す特性線図である。
置金示すシステム70−図、第2図および第3図は実施
例における互いに異なる変形例を示す図、第4図はこの
発明の異なる実施例を示す図、第5図は従来の温度制御
装置を示すシステムフロー図、第6図は燃料電池温度と
電極触媒の劣化速度との関係を示す特性線図である。
Claims (1)
- 1)複数層の単位セルごとに液冷式の冷却板が積層され
た燃料電池と、この燃料電池の運転温度と待機温度との
中間温度に保持された熱媒体を包蔵する加熱タンクと、
前記熱媒体を前記冷却板を径由して前記加熱タンクに戻
す循環ポンプを含む主循環路を備えたものにおいて、前
記主循環路の加熱タンク入口寄りに配された三方切換弁
と、この三方切換弁の一つの吐出側と前記循環ポンプの
吸込み側とに連通する側路とを備え、前記三方切換弁の
操作により前記燃料電池の起動時、発電待機時、および
発電運転時における温度を制御するよう構成してなるこ
とを特徴とする燃料電池の温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2154506A JPH0447674A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 燃料電池の温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2154506A JPH0447674A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 燃料電池の温度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0447674A true JPH0447674A (ja) | 1992-02-17 |
Family
ID=15585736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2154506A Pending JPH0447674A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 燃料電池の温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0447674A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998054777A1 (de) * | 1997-05-29 | 1998-12-03 | Aeg Energietechnik Gmbh | Brennstoffzellensystem |
| JP2005501374A (ja) * | 2001-04-05 | 2005-01-13 | ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー | 氷点下の温度における電池スタック組立体の作動のための方法および装置 |
| JP2006286649A (ja) * | 2006-06-07 | 2006-10-19 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの制御装置 |
| JP2014010924A (ja) * | 2012-06-27 | 2014-01-20 | Kyocera Corp | 制御装置、燃料電池ユニット及び制御方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62198058A (ja) * | 1986-02-25 | 1987-09-01 | Fuji Electric Co Ltd | 液冷式燃料電池の電熱供給システム |
| JPS6471076A (en) * | 1987-09-10 | 1989-03-16 | Fuji Electric Res | Cooling equipment of fuel cell |
-
1990
- 1990-06-13 JP JP2154506A patent/JPH0447674A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| US6551731B1 (en) | 1997-05-29 | 2003-04-22 | Aeg Energietechnik Gmbh | Fuel cell system |
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