JPH0574477A - 燃料電池発電プラントの出力制限装置 - Google Patents
燃料電池発電プラントの出力制限装置Info
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- JPH0574477A JPH0574477A JP3232694A JP23269491A JPH0574477A JP H0574477 A JPH0574477 A JP H0574477A JP 3232694 A JP3232694 A JP 3232694A JP 23269491 A JP23269491 A JP 23269491A JP H0574477 A JPH0574477 A JP H0574477A
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- Japan
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- fuel cell
- temperature
- signal
- cooling tower
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】排熱除去装置の冷却塔の熱放散能力が真夏の大
気温度の上昇により低下しても燃料電池をはじめとする
各機器で温度を適正な範囲に維持することができるよう
にした出力制限装置を提供する。 【構成】冷却塔4の空気入口に設けられた温度検出器6
は大気温度信号7を出力上限値関数発生器8に入力して
いる。この出力上限値関数発生器8はそのときの生成余
剰熱が冷却塔4の最大熱放散能力と等しくなる熱量を演
算し、これを出力上限値信号9として低値選択器10に
入力している。この低値選択器10にはもう一つの信号
である出力設定値信号11が出力設定器12から与えら
れ、双方から低い方の値を選択し、出力指令信号13と
して燃料電池発電プラント2に入力している。
気温度の上昇により低下しても燃料電池をはじめとする
各機器で温度を適正な範囲に維持することができるよう
にした出力制限装置を提供する。 【構成】冷却塔4の空気入口に設けられた温度検出器6
は大気温度信号7を出力上限値関数発生器8に入力して
いる。この出力上限値関数発生器8はそのときの生成余
剰熱が冷却塔4の最大熱放散能力と等しくなる熱量を演
算し、これを出力上限値信号9として低値選択器10に
入力している。この低値選択器10にはもう一つの信号
である出力設定値信号11が出力設定器12から与えら
れ、双方から低い方の値を選択し、出力指令信号13と
して燃料電池発電プラント2に入力している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電プラントに
係り、特にプラントに組込まれた排熱除去装置が大気温
度の上昇により能力の低下を来しても、発電を維持でき
るようにした出力制限装置に関する。
係り、特にプラントに組込まれた排熱除去装置が大気温
度の上昇により能力の低下を来しても、発電を維持でき
るようにした出力制限装置に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電プラントには燃料電池での
電気化学的反応による生成熱やその他の機器で生じる余
剰熱を当該装置から取除き、適正な温度を保つために排
熱除去装置が付設され、ここにはこれらの機器を巡る冷
却媒体で熱を奪って系外に放出する熱交換器と、系を循
環する冷却媒体の温度を常に適正な水準に保つ冷却塔
と、媒体循環用ポンプとが備えられる。一方、燃料電池
発電プラントの出力は出力設定値に追従して実出力が得
られるよう制御系が構成されており、このときの出力上
限は燃料電池ユニットの設計最大出力値により決定され
ている。このため、燃料電池ユニット以外のプラント構
成機器は燃料電池ユニットの計画最大出力条件を満足す
るだけの機器能力を備えている。上記の排熱除去装置に
ついても同様の配慮に基づいて計画最大出力を満足する
能力が与えられている。
電気化学的反応による生成熱やその他の機器で生じる余
剰熱を当該装置から取除き、適正な温度を保つために排
熱除去装置が付設され、ここにはこれらの機器を巡る冷
却媒体で熱を奪って系外に放出する熱交換器と、系を循
環する冷却媒体の温度を常に適正な水準に保つ冷却塔
と、媒体循環用ポンプとが備えられる。一方、燃料電池
発電プラントの出力は出力設定値に追従して実出力が得
られるよう制御系が構成されており、このときの出力上
限は燃料電池ユニットの設計最大出力値により決定され
ている。このため、燃料電池ユニット以外のプラント構
成機器は燃料電池ユニットの計画最大出力条件を満足す
るだけの機器能力を備えている。上記の排熱除去装置に
ついても同様の配慮に基づいて計画最大出力を満足する
能力が与えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、冷却塔につ
いてはプラントの計画時に冷却源としての大気温度がど
の範囲にあるのか条件の設定に途惑いがみられる。設定
された温度が高くなればなるほど、冷却媒体の温度を適
正な水準にするために伝熱面積を大きく取り、風量を増
加する必要が生じるが、これには一定の限度がある。従
来の燃料電池発電プラントでは年間を通じて冷却塔の能
力を維持するように考慮しており、一般に、夏場の最高
気温、実績値に安全率を見込み、40℃前後の大気温度
を設計条件に折り込むようにしている。しかしながら、
年間を通じての最高気温が40℃を越えることは国内に
おいては極めてまれであり、例えば統計を見れば東京で
は1923年以降において、1953年8月21日に3
8.4℃が最高である。一方、1950年より1980
年までの日最高気温の8月平均値は30.8℃であり、
最高気温が真夏の数日間、しかも、日中数時間の現象で
あることを考えると、冷却塔の設計条件として40℃前
後の大気温度とすることには再考の余地がある。そうは
いうものの、40℃前後の温度を完全に無視することも
現実の問題としては難しい。現に、真夏の日中の温度は
この水準に近いところにあり、冷却塔で放散する熱量が
何時間にもわたり生成される余剰熱を下回ることになれ
ば、燃料電池をはじめとする各機器の温度が上昇してし
まい、プラントは運転停止を強いられる。こうした真夏
日は電力需要もピークにあり、肝心のとき役立たないと
いう最悪の結果を招くことにもなりかねない。
いてはプラントの計画時に冷却源としての大気温度がど
の範囲にあるのか条件の設定に途惑いがみられる。設定
された温度が高くなればなるほど、冷却媒体の温度を適
正な水準にするために伝熱面積を大きく取り、風量を増
加する必要が生じるが、これには一定の限度がある。従
来の燃料電池発電プラントでは年間を通じて冷却塔の能
力を維持するように考慮しており、一般に、夏場の最高
気温、実績値に安全率を見込み、40℃前後の大気温度
を設計条件に折り込むようにしている。しかしながら、
年間を通じての最高気温が40℃を越えることは国内に
おいては極めてまれであり、例えば統計を見れば東京で
は1923年以降において、1953年8月21日に3
8.4℃が最高である。一方、1950年より1980
年までの日最高気温の8月平均値は30.8℃であり、
最高気温が真夏の数日間、しかも、日中数時間の現象で
あることを考えると、冷却塔の設計条件として40℃前
後の大気温度とすることには再考の余地がある。そうは
いうものの、40℃前後の温度を完全に無視することも
現実の問題としては難しい。現に、真夏の日中の温度は
この水準に近いところにあり、冷却塔で放散する熱量が
何時間にもわたり生成される余剰熱を下回ることになれ
ば、燃料電池をはじめとする各機器の温度が上昇してし
まい、プラントは運転停止を強いられる。こうした真夏
日は電力需要もピークにあり、肝心のとき役立たないと
いう最悪の結果を招くことにもなりかねない。
【0004】かくして、冷却塔の計画時に大気温度を4
0℃前後に設定することは動かし難い条件となりつつあ
り、その伝熱面積は否応なしに大きくなり、このために
大きな占有面積を要求され、一方また風量の増加も著し
く、莫大な動力費の発生を受け入れねばならないという
状況になる。
0℃前後に設定することは動かし難い条件となりつつあ
り、その伝熱面積は否応なしに大きくなり、このために
大きな占有面積を要求され、一方また風量の増加も著し
く、莫大な動力費の発生を受け入れねばならないという
状況になる。
【0005】特に、都市形の発電装置として期待が大き
い燃料電池発電プラントは占有面積の少ない小型化した
ものが望ましいとされ、莫大な動力費の節減と併せてこ
うした問題の積極的な解決が強く望まれている。
い燃料電池発電プラントは占有面積の少ない小型化した
ものが望ましいとされ、莫大な動力費の節減と併せてこ
うした問題の積極的な解決が強く望まれている。
【0006】そこで、本発明の目的は冷却塔の熱放散能
力が真夏の大気温度の上昇により低下しても、燃料電池
をはじめとする各機器の温度を適性な範囲に維持するこ
とができるようにした出力制限装置を提供することにあ
る。
力が真夏の大気温度の上昇により低下しても、燃料電池
をはじめとする各機器の温度を適性な範囲に維持するこ
とができるようにした出力制限装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による出力制限装
置は冷却塔の入口大気温度を検出して信号を出力する検
出部と、その検出温度が決められた温度範囲にあると
き、一定の値を、またその温度範囲を超えて上昇したと
き、漸減する値をそれぞれ演算して信号を出力する関数
発生手段とこの関数発生手段から与えられる信号および
決められた燃料電池発電プラントの実出力設定値信号の
双方から低値を選択して出力指令信号として燃料電池発
電プラントに出力する低値選択部とを備えることを特徴
とするものである。
置は冷却塔の入口大気温度を検出して信号を出力する検
出部と、その検出温度が決められた温度範囲にあると
き、一定の値を、またその温度範囲を超えて上昇したと
き、漸減する値をそれぞれ演算して信号を出力する関数
発生手段とこの関数発生手段から与えられる信号および
決められた燃料電池発電プラントの実出力設定値信号の
双方から低値を選択して出力指令信号として燃料電池発
電プラントに出力する低値選択部とを備えることを特徴
とするものである。
【0008】
【作用】本発明の出力制限の考え方を図を参照して説明
する。
する。
【0009】図2において、冷却塔での最大放散熱量は
大気温度の関数として曲線aで表わしており、燃料電池
発電プラントでの余剰熱量は発電出力の関数として曲線
bで表わしている。燃料電池発電プラントが定格出力で
運転されるとき、すなわち定格出力点Pdで安定してい
る場合に余剰熱量Qdが発生し、このとき大気温度は定
格出力時の設定温度Tdである。また、このとき、冷却
塔で熱放散により処理されるべき熱量は、設定温度Td
に対応する放散熱量であり、これは余剰熱量Qdと等し
い。この放散熱量を下げることを主眼におく本発明は、
仮に温度Tdをたとえば30℃に設定するものとして、
真夏のある時間帯に温度が上昇して30℃よりも高い温
度T1 になったときの放散熱量Q1 が上記の余剰熱量Q
dよりも常に小さくなるように冷却塔で処理されるべき
放散熱量を制限する。しかし、このとき、燃料電池発電
プラントの生成余剰熱が先の余剰熱量Qdのままでは余
剰熱のすべてを処理できない。そこで、温度T1 のとき
の放散熱量Q1 に見合うように余剰熱の発生を抑制す
る。つまり、大気温度が定格出力時の設計条件を上回わ
るという想定のもとに、この温度範囲については出力の
抑制により大量の余剰熱が発生しないようにするもので
ある。図に示される出力上限値を示す曲線cはこうした
考え方に基づくもので、温度T1 のときの出力P1 は定
格出力点Pdに対して小さくなっており、このときの生
成余剰熱は冷却塔で処理されるべき放散熱量Q1 と等し
くなって能力に見合うようになる。
大気温度の関数として曲線aで表わしており、燃料電池
発電プラントでの余剰熱量は発電出力の関数として曲線
bで表わしている。燃料電池発電プラントが定格出力で
運転されるとき、すなわち定格出力点Pdで安定してい
る場合に余剰熱量Qdが発生し、このとき大気温度は定
格出力時の設定温度Tdである。また、このとき、冷却
塔で熱放散により処理されるべき熱量は、設定温度Td
に対応する放散熱量であり、これは余剰熱量Qdと等し
い。この放散熱量を下げることを主眼におく本発明は、
仮に温度Tdをたとえば30℃に設定するものとして、
真夏のある時間帯に温度が上昇して30℃よりも高い温
度T1 になったときの放散熱量Q1 が上記の余剰熱量Q
dよりも常に小さくなるように冷却塔で処理されるべき
放散熱量を制限する。しかし、このとき、燃料電池発電
プラントの生成余剰熱が先の余剰熱量Qdのままでは余
剰熱のすべてを処理できない。そこで、温度T1 のとき
の放散熱量Q1 に見合うように余剰熱の発生を抑制す
る。つまり、大気温度が定格出力時の設計条件を上回わ
るという想定のもとに、この温度範囲については出力の
抑制により大量の余剰熱が発生しないようにするもので
ある。図に示される出力上限値を示す曲線cはこうした
考え方に基づくもので、温度T1 のときの出力P1 は定
格出力点Pdに対して小さくなっており、このときの生
成余剰熱は冷却塔で処理されるべき放散熱量Q1 と等し
くなって能力に見合うようになる。
【0010】かくして、真夏のある限られた時間帯に想
定される大気温度の著しい上昇に対処して発電出力の抑
制により余剰熱の発生を制限し、これにより冷却塔の能
力に見合う運転を継続し、燃料電池をはじめとする各機
器の温度を適正な範囲に保つことが可能になる。
定される大気温度の著しい上昇に対処して発電出力の抑
制により余剰熱の発生を制限し、これにより冷却塔の能
力に見合う運転を継続し、燃料電池をはじめとする各機
器の温度を適正な範囲に保つことが可能になる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1において、冷却サイクルを構成する排熱除
去装置1は被冷却機器を含む燃料電池発電プラント2、
この燃料電池発電プラント2との間に冷却媒体循環系統
を結んでいる熱交換器3、冷却媒体系統に順次設けられ
た冷却塔4および媒体循環用ポンプ5を有する。
明する。図1において、冷却サイクルを構成する排熱除
去装置1は被冷却機器を含む燃料電池発電プラント2、
この燃料電池発電プラント2との間に冷却媒体循環系統
を結んでいる熱交換器3、冷却媒体系統に順次設けられ
た冷却塔4および媒体循環用ポンプ5を有する。
【0012】一方、符号6は温度検出器であって、冷却
塔4の入口大気温度を検出し、大気温度信号7として出
力上限値関数発生器8に入力している。出力上限値関数
発生器8はそのときの生成余剰熱が冷却塔4の最大熱放
散能力と等しくなる熱量を演算し、これを出力上限値信
号9として低値選択器10に入力している。この低値選
択器10にはもう一つの信号である出力設定値信号11
が出力設定器12から与えられ、双方の信号のうち、低
い値を選択し、出力指令信号13として燃料電池発電プ
ラント2に入力している。
塔4の入口大気温度を検出し、大気温度信号7として出
力上限値関数発生器8に入力している。出力上限値関数
発生器8はそのときの生成余剰熱が冷却塔4の最大熱放
散能力と等しくなる熱量を演算し、これを出力上限値信
号9として低値選択器10に入力している。この低値選
択器10にはもう一つの信号である出力設定値信号11
が出力設定器12から与えられ、双方の信号のうち、低
い値を選択し、出力指令信号13として燃料電池発電プ
ラント2に入力している。
【0013】プラント運転中、冷却塔4に備えられる温
度検出器6から与えられる大気温度信号7に基づいて出
力制限値関数発生器8で出力上限値が演算される。定格
出力時、この出力上限値信号9は出力設定値信号11に
対して大気温度が設計条件よりも低い場合に常に大き
く、低値選択器11の出力信号として出力設定値信号1
1が選択される。このとき、燃料電池発電プラント2は
一定した値の出力指令信号13に従って実出力を生じ
る。すなわち、燃料電池発電プラント2は定格出力を保
って運転が継続される。この定格出力時の生成余剰熱は
すべて冷却塔4で熱放散されるので、燃料電池をはじめ
とする各機器の温度上昇が制限されて適正な温度を保つ
ことができる。
度検出器6から与えられる大気温度信号7に基づいて出
力制限値関数発生器8で出力上限値が演算される。定格
出力時、この出力上限値信号9は出力設定値信号11に
対して大気温度が設計条件よりも低い場合に常に大き
く、低値選択器11の出力信号として出力設定値信号1
1が選択される。このとき、燃料電池発電プラント2は
一定した値の出力指令信号13に従って実出力を生じ
る。すなわち、燃料電池発電プラント2は定格出力を保
って運転が継続される。この定格出力時の生成余剰熱は
すべて冷却塔4で熱放散されるので、燃料電池をはじめ
とする各機器の温度上昇が制限されて適正な温度を保つ
ことができる。
【0014】一方、大気温度が設計条件に対して高くな
ると、大気温度信号7に基づいて出力上限値関数発生器
8で演算される出力上限値は小さくなり、低値選択器1
1で出力上限値信号9が選択される。このとき、燃料電
池発電プラント2はこの小さい値の出力指令信号13に
従って実出力を生じる。すなわち、燃料電池発電プラン
ト2は定格出力よりも常に小さい出力のもとで運転が継
続される。この出力抑制時の生成余剰熱は定格出力時の
生成余剰熱と比べて小さくなっており、すべての余剰熱
が冷却塔4で熱放散されるので、プラント全体で各機器
の温度上昇が制限されて適正な温度を保ち続けることが
できる。この出力制眼を伴なう運転は冷却塔4の能力が
小さくても真夏の限られた時間帯のみ計画最大出力での
運転を見合わせるならば、年間を通しては、伝熱面積の
縮小が可能であって、冷却塔4の小型化を推し進めるこ
とができる。また一方、風量について能力が小さくなる
分少なくて済み、動力費を節約することが可能である。
ると、大気温度信号7に基づいて出力上限値関数発生器
8で演算される出力上限値は小さくなり、低値選択器1
1で出力上限値信号9が選択される。このとき、燃料電
池発電プラント2はこの小さい値の出力指令信号13に
従って実出力を生じる。すなわち、燃料電池発電プラン
ト2は定格出力よりも常に小さい出力のもとで運転が継
続される。この出力抑制時の生成余剰熱は定格出力時の
生成余剰熱と比べて小さくなっており、すべての余剰熱
が冷却塔4で熱放散されるので、プラント全体で各機器
の温度上昇が制限されて適正な温度を保ち続けることが
できる。この出力制眼を伴なう運転は冷却塔4の能力が
小さくても真夏の限られた時間帯のみ計画最大出力での
運転を見合わせるならば、年間を通しては、伝熱面積の
縮小が可能であって、冷却塔4の小型化を推し進めるこ
とができる。また一方、風量について能力が小さくなる
分少なくて済み、動力費を節約することが可能である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明は冷却塔の放
散熱量に見合うように発電出力を制限する信号を出力す
る関数発生手段を設けているので、真夏のある特定の時
間帯に大気温度が上昇するような場合にも、燃料電池を
はじめとする各機器の温度を適正な範囲に維持すること
ができる。
散熱量に見合うように発電出力を制限する信号を出力す
る関数発生手段を設けているので、真夏のある特定の時
間帯に大気温度が上昇するような場合にも、燃料電池を
はじめとする各機器の温度を適正な範囲に維持すること
ができる。
【0016】したがって、本発明によれば、空冷式冷却
塔を低い温度設計条件に見合う小型化したものに構成す
ることができ、燃料電池発電プラントの占有面積が縮小
されるという優れた効果を奏する。
塔を低い温度設計条件に見合う小型化したものに構成す
ることができ、燃料電池発電プラントの占有面積が縮小
されるという優れた効果を奏する。
【図1】本発明による燃料電池発電プラントの出力制限
装置を示すブロック図。
装置を示すブロック図。
【図2】本発明による出力制限の考え方を説明するため
の図。
の図。
1…排熱除去装置 2…燃料電池発電プラント 3…熱交換器 4…冷却塔 5…媒体循環用ポンプ 8…出力上限値関数発生器 10…低値選択器
Claims (1)
- 【請求項1】 冷却塔の入口大気温度を検出して信号を
出力する検出部と、その検出温度が決められた温度範囲
にあるとき、一定の値を、またその温度範囲を超えて上
昇したとき、漸減する値をそれぞれ演算して信号を出力
する関数発生手段と、この関数発生手段から与えられる
信号および決められた燃料電池発電プラントの実出力設
定値信号の双方から低値を選択して出力指令信号として
該燃料電池発電プラントに出力する低値選択部とを備え
てなる燃料電池発電プラントの出力制限装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232694A JPH0574477A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 燃料電池発電プラントの出力制限装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232694A JPH0574477A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 燃料電池発電プラントの出力制限装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0574477A true JPH0574477A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=16943315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3232694A Pending JPH0574477A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 燃料電池発電プラントの出力制限装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0574477A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002083622A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2005044629A (ja) * | 2003-07-22 | 2005-02-17 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2005135875A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| WO2006054565A3 (en) * | 2004-11-17 | 2006-09-21 | Nissan Motor | Output limiting device for fuel cell |
| JP2011258496A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Toshiba Corp | 燃料電池システム |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP3232694A patent/JPH0574477A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002083622A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2005044629A (ja) * | 2003-07-22 | 2005-02-17 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| WO2005008821A3 (en) * | 2003-07-22 | 2006-01-12 | Nissan Motor | Fuel cell system |
| US8268499B2 (en) | 2003-07-22 | 2012-09-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2005135875A (ja) * | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| WO2006054565A3 (en) * | 2004-11-17 | 2006-09-21 | Nissan Motor | Output limiting device for fuel cell |
| US8603693B2 (en) | 2004-11-17 | 2013-12-10 | Nissan Motor Co., Ltd. | Output limiting device for fuel cell |
| JP2011258496A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Toshiba Corp | 燃料電池システム |
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