JPH0831439A - 燃料電池発電プラント - Google Patents
燃料電池発電プラントInfo
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- JPH0831439A JPH0831439A JP6165019A JP16501994A JPH0831439A JP H0831439 A JPH0831439 A JP H0831439A JP 6165019 A JP6165019 A JP 6165019A JP 16501994 A JP16501994 A JP 16501994A JP H0831439 A JPH0831439 A JP H0831439A
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- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
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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
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- Electrochemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池本体間にどのような特性アンバラン
スが生じた場合でも、全ての燃料電池本体の燃料・酸化
剤利用率、電池電圧を適正な範囲に維持する。 【構成】 燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体１が
電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されてストリング２
が形成され、このストリング２が電気的に並列にｍ列
（ｍ≧２）接続される。各ストリング２にはストリング
電流検出器３１が個別に接続される。各ストリング２の
燃料供給ヘッダ１９と酸化剤供給ヘッダ２０に燃料供給
ダンパ３２と酸化剤供給ダンパ３３とがそれぞれ設けら
れる。各燃料供給ダンパ３２と各酸化剤供給ダンパ３３
は、各ストリング電流検出器３１によって得られた個別
のストリング電流検出値に基づいて、各ストリング２に
供給する燃料流量および酸化剤流量の割合をそれぞれ調
節する。
スが生じた場合でも、全ての燃料電池本体の燃料・酸化
剤利用率、電池電圧を適正な範囲に維持する。 【構成】 燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体１が
電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されてストリング２
が形成され、このストリング２が電気的に並列にｍ列
（ｍ≧２）接続される。各ストリング２にはストリング
電流検出器３１が個別に接続される。各ストリング２の
燃料供給ヘッダ１９と酸化剤供給ヘッダ２０に燃料供給
ダンパ３２と酸化剤供給ダンパ３３とがそれぞれ設けら
れる。各燃料供給ダンパ３２と各酸化剤供給ダンパ３３
は、各ストリング電流検出器３１によって得られた個別
のストリング電流検出値に基づいて、各ストリング２に
供給する燃料流量および酸化剤流量の割合をそれぞれ調
節する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的に直列または並
列接続を行っている複数の燃料電池本体を備えた燃料電
池発電プラントに係り、特に、燃料・酸化剤の供給系統
の改良に関する。
列接続を行っている複数の燃料電池本体を備えた燃料電
池発電プラントに係り、特に、燃料・酸化剤の供給系統
の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、燃料電池発電プラントでは、１
台の燃料電池本体の出力に制限があるため、発電出力を
増大させる場合には、複数の燃料電池本体を組み込むこ
とが必要である。ただし、直列接続だけでは電池運転電
圧が高くなり過ぎ、直交変換装置などの定格電圧が高く
なるため、直列接続と並列接続を組み合わせることが一
般的である。
台の燃料電池本体の出力に制限があるため、発電出力を
増大させる場合には、複数の燃料電池本体を組み込むこ
とが必要である。ただし、直列接続だけでは電池運転電
圧が高くなり過ぎ、直交変換装置などの定格電圧が高く
なるため、直列接続と並列接続を組み合わせることが一
般的である。
【０００３】また、このような燃料電池発電プラントで
は、プラント全体としての出力に応じて各燃料電池に対
する燃料・酸化剤の供給量を調節できるように、複数の
燃料電池へ燃料・酸化剤を供給するための流量調節手段
は、全ての燃料電池本体に対して共通となっている。ま
た、燃料電池の運転電圧を抑制するための酸化剤のリサ
イクル流量調節は、個別の電池電圧を代表する値として
全ての電池電圧の平均値を用いて行っている。
は、プラント全体としての出力に応じて各燃料電池に対
する燃料・酸化剤の供給量を調節できるように、複数の
燃料電池へ燃料・酸化剤を供給するための流量調節手段
は、全ての燃料電池本体に対して共通となっている。ま
た、燃料電池の運転電圧を抑制するための酸化剤のリサ
イクル流量調節は、個別の電池電圧を代表する値として
全ての電池電圧の平均値を用いて行っている。
【０００４】図４は、従来の燃料電池発電プラントの一
例を示す構成図である。この図４に示すように、ｎ個の
燃料電池本体１が電気的に直列接続されて、１つのスト
リング（直列接続電池群）２を構成している。このよう
に構成されたｍ列のストリング２が、電気的に並列接続
され、直交変換装置などからなる電気システム３と電気
的に並列接続されており、この電気システム３から負荷
電流を取り出すようになっている。そして、電気システ
ム３には、この電気システム３からの負荷電流を計測す
る全電流検出器４が電気的に直列接続されている。ま
た、各燃料電池本体１には、燃料電池本体１の電圧を検
出する電圧検出器５が個別に接続されている。
例を示す構成図である。この図４に示すように、ｎ個の
燃料電池本体１が電気的に直列接続されて、１つのスト
リング（直列接続電池群）２を構成している。このよう
に構成されたｍ列のストリング２が、電気的に並列接続
され、直交変換装置などからなる電気システム３と電気
的に並列接続されており、この電気システム３から負荷
電流を取り出すようになっている。そして、電気システ
ム３には、この電気システム３からの負荷電流を計測す
る全電流検出器４が電気的に直列接続されている。ま
た、各燃料電池本体１には、燃料電池本体１の電圧を検
出する電圧検出器５が個別に接続されている。
【０００５】また、図中１１と１２は、水素などの燃料
と、空気などの酸化剤をそれぞれ処理し、各燃料電池本
体１のアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）に供
給するための燃料処理システムと酸化剤処理システムで
ある。これらの燃料処理システム１１と酸化剤処理シス
テム１２には、燃料供給共通配管１３と酸化剤供給共通
配管１４がそれぞれ接続されている。そして、この燃料
供給共通配管１３と酸化剤供給共通配管１４には、これ
らのシステムからの燃料・酸化剤の供給流量を調節する
手段として、燃料流量制御弁１５と燃料流量計１６、お
よび酸化剤流量制御弁１７と酸化剤流量計１８がそれぞ
れ設けられている。
と、空気などの酸化剤をそれぞれ処理し、各燃料電池本
体１のアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）に供
給するための燃料処理システムと酸化剤処理システムで
ある。これらの燃料処理システム１１と酸化剤処理シス
テム１２には、燃料供給共通配管１３と酸化剤供給共通
配管１４がそれぞれ接続されている。そして、この燃料
供給共通配管１３と酸化剤供給共通配管１４には、これ
らのシステムからの燃料・酸化剤の供給流量を調節する
手段として、燃料流量制御弁１５と燃料流量計１６、お
よび酸化剤流量制御弁１７と酸化剤流量計１８がそれぞ
れ設けられている。
【０００６】一方、各ストリング２の一端には、燃料供
給ヘッダ１９および酸化剤供給ヘッダ２０が個別に設け
られており、燃料供給共通配管１３と酸化剤供給共通配
管１４にそれぞれ接続されている。また、各ストリング
２の他端には、燃料排出ヘッダ２１および酸化剤排出ヘ
ッダ２２が個別に設けられており、各燃料排出ヘッダ２
１は燃料排出共通配管２３に接続され、各酸化剤排出ヘ
ッダ２２は酸化剤排出共通配管２４に接続されている。
さらに、酸化剤排出共通配管２４の一端には、排出酸化
剤の一部をリサイクルするリサイクル配管２５が接続さ
れており、このリサイクル配管２５の他端は、酸化剤供
給共通配管１４に接続されている。このリサイクル配管
２５には、内部の排出酸化剤を酸化剤供給共通配管１４
にリサイクルするリサイクルブロワ２６が設けられると
ともに、酸化剤の供給流量を調節する手段として、リサ
イクル流量制御弁２７およびリサイクル流量検出器２８
が設けられている。
給ヘッダ１９および酸化剤供給ヘッダ２０が個別に設け
られており、燃料供給共通配管１３と酸化剤供給共通配
管１４にそれぞれ接続されている。また、各ストリング
２の他端には、燃料排出ヘッダ２１および酸化剤排出ヘ
ッダ２２が個別に設けられており、各燃料排出ヘッダ２
１は燃料排出共通配管２３に接続され、各酸化剤排出ヘ
ッダ２２は酸化剤排出共通配管２４に接続されている。
さらに、酸化剤排出共通配管２４の一端には、排出酸化
剤の一部をリサイクルするリサイクル配管２５が接続さ
れており、このリサイクル配管２５の他端は、酸化剤供
給共通配管１４に接続されている。このリサイクル配管
２５には、内部の排出酸化剤を酸化剤供給共通配管１４
にリサイクルするリサイクルブロワ２６が設けられると
ともに、酸化剤の供給流量を調節する手段として、リサ
イクル流量制御弁２７およびリサイクル流量検出器２８
が設けられている。
【０００７】以上のような構成を有する図４の燃料電池
発電プラントにおいて、運転時には各ストリング２の各
燃料電池本体１に燃料と酸化剤が供給されるが、この供
給される燃料と酸化剤の供給流量は、次のようにして制
御される。まず、運転時には、燃料処理システム１１と
酸化剤処理システム１２から燃料供給共通配管１３と酸
化剤供給共通配管１４に燃料と酸化剤がそれぞれ供給さ
れる。そして、この燃料と酸化剤の供給流量は、燃料流
量制御弁１５と燃料流量計１６、および酸化剤流量制御
弁１７と酸化剤流量計１８によってそれぞれ調節され
る。この場合、燃料と酸化剤の供給流量調節は、全電流
検出器４の信号に基づいて行われる。すなわち、全電流
検出器４は、ｍ列のストリング２によって電気システム
３から取り出された負荷電流を計測するが、このように
計測された負荷電流から、燃料電池全体の必要燃料・酸
化剤流量を算出することができる。そして、このように
算出された必要流量を満足するようにして、燃料と酸化
剤の供給流量の流量追従制御が行われる。
発電プラントにおいて、運転時には各ストリング２の各
燃料電池本体１に燃料と酸化剤が供給されるが、この供
給される燃料と酸化剤の供給流量は、次のようにして制
御される。まず、運転時には、燃料処理システム１１と
酸化剤処理システム１２から燃料供給共通配管１３と酸
化剤供給共通配管１４に燃料と酸化剤がそれぞれ供給さ
れる。そして、この燃料と酸化剤の供給流量は、燃料流
量制御弁１５と燃料流量計１６、および酸化剤流量制御
弁１７と酸化剤流量計１８によってそれぞれ調節され
る。この場合、燃料と酸化剤の供給流量調節は、全電流
検出器４の信号に基づいて行われる。すなわち、全電流
検出器４は、ｍ列のストリング２によって電気システム
３から取り出された負荷電流を計測するが、このように
計測された負荷電流から、燃料電池全体の必要燃料・酸
化剤流量を算出することができる。そして、このように
算出された必要流量を満足するようにして、燃料と酸化
剤の供給流量の流量追従制御が行われる。
【０００８】このように、燃料流量制御弁１５と燃料流
量計１６によって調節された燃料と、酸化剤流量制御弁
１７と酸化剤流量計１８によって調節された酸化剤は、
燃料供給共通配管１３と酸化剤供給共通配管１４を介し
て各ストリング２の燃料供給ヘッダ１９と酸化剤供給ヘ
ッダ２０に等しく分配される。さらに、各ストリング２
に供給された燃料と酸化剤は、各ストリング２内で各燃
料電池本体１へ等配分される。そして、以上のような一
連の動作により、各燃料電池本体１に対して必要な量の
燃料・酸化剤がそれぞれ供給され、燃料・酸化剤利用率
とも適切な範囲に維持される。
量計１６によって調節された燃料と、酸化剤流量制御弁
１７と酸化剤流量計１８によって調節された酸化剤は、
燃料供給共通配管１３と酸化剤供給共通配管１４を介し
て各ストリング２の燃料供給ヘッダ１９と酸化剤供給ヘ
ッダ２０に等しく分配される。さらに、各ストリング２
に供給された燃料と酸化剤は、各ストリング２内で各燃
料電池本体１へ等配分される。そして、以上のような一
連の動作により、各燃料電池本体１に対して必要な量の
燃料・酸化剤がそれぞれ供給され、燃料・酸化剤利用率
とも適切な範囲に維持される。
【０００９】また、各燃料電池本体１において発電に寄
与した後の燃料と酸化剤は、各ストリング２の燃料排出
ヘッダ２１と酸化剤排出ヘッダ２２を介してそれぞれ集
められ、燃料排出共通配管２３と酸化剤排出共通配管２
４によって排出される。このうち、酸化剤排出共通配管
２４に排出された酸化剤の一部は、リサイクル配管２５
を介してリサイクルブロワ２６により酸化剤供給共通配
管１４に戻される。このような酸化剤のリサイクルは、
供給酸化剤の酸素濃度を調節し、電池電圧を制限値以内
に抑制するために行われるが、このようなリサイクル流
量は、次のようにして制御される。
与した後の燃料と酸化剤は、各ストリング２の燃料排出
ヘッダ２１と酸化剤排出ヘッダ２２を介してそれぞれ集
められ、燃料排出共通配管２３と酸化剤排出共通配管２
４によって排出される。このうち、酸化剤排出共通配管
２４に排出された酸化剤の一部は、リサイクル配管２５
を介してリサイクルブロワ２６により酸化剤供給共通配
管１４に戻される。このような酸化剤のリサイクルは、
供給酸化剤の酸素濃度を調節し、電池電圧を制限値以内
に抑制するために行われるが、このようなリサイクル流
量は、次のようにして制御される。
【００１０】すなわち、各燃料電池本体１には電圧を計
測する電圧検出器５が接続されていて、全ての電圧検出
器５の信号の平均値を燃料電池全体の検出電圧値と見な
すことができる。そのため、電池電圧制限値とこの検出
電圧値の比較によりリサイクルブロワ２６の起動・停止
を行うとともに、リサイクル流量制御弁２７とリサイク
ル流量検出器２８を用いて適切な流量制御を行ってい
る。
測する電圧検出器５が接続されていて、全ての電圧検出
器５の信号の平均値を燃料電池全体の検出電圧値と見な
すことができる。そのため、電池電圧制限値とこの検出
電圧値の比較によりリサイクルブロワ２６の起動・停止
を行うとともに、リサイクル流量制御弁２７とリサイク
ル流量検出器２８を用いて適切な流量制御を行ってい
る。
【００１１】以上説明したように、図４の燃料電池発電
プラントによれば、最低限の操作により各電池本体燃料
・酸化剤利用率、および電池電圧を適正な範囲に維持す
ることが可能である。
プラントによれば、最低限の操作により各電池本体燃料
・酸化剤利用率、および電池電圧を適正な範囲に維持す
ることが可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来の燃料電池発電プラントにおいては、各燃料電池
本体１の特性に大きな差異がなく、個別ストリング電
流、個別電池電圧が等しい限りにおいては、前述したよ
うに、最低限の操作により各電池本体燃料・酸化剤利用
率、および電池電圧を適正な範囲に維持することが可能
である。
な従来の燃料電池発電プラントにおいては、各燃料電池
本体１の特性に大きな差異がなく、個別ストリング電
流、個別電池電圧が等しい限りにおいては、前述したよ
うに、最低限の操作により各電池本体燃料・酸化剤利用
率、および電池電圧を適正な範囲に維持することが可能
である。
【００１３】しかしながら、実際には、燃料電池本体１
の特性変化・減衰は一様ではない。すなわち、長期間の
運転の後に無視できない特性アンバランスが生じたり、
また、一部の燃料電池本体１をリプレースすることによ
り極端な特性アンバランスが生じることがある。そし
て、図４の燃料電池発電プラントにおいて、このように
燃料電池本体１の間に特性アンバランスが生じた場合に
は、個別ストリング電流間のアンバランス、および個別
電池電圧間のアンバランスが生じてしまう。このような
アンバランス状態において、各燃料電池本体１に均一の
燃料・酸化剤を供給すると、ストリング電流の大きいス
トリング２に含まれる燃料電池本体１では燃料・酸化剤
の欠乏現象が起こり、電池の損傷を生じてしまう可能性
がある。また、他に比べて著しく特性の高い燃料電池本
体１が存在する場合には、この燃料電池本体１が過電圧
状態にさらされ、損傷を生じてしまう可能性がある。
の特性変化・減衰は一様ではない。すなわち、長期間の
運転の後に無視できない特性アンバランスが生じたり、
また、一部の燃料電池本体１をリプレースすることによ
り極端な特性アンバランスが生じることがある。そし
て、図４の燃料電池発電プラントにおいて、このように
燃料電池本体１の間に特性アンバランスが生じた場合に
は、個別ストリング電流間のアンバランス、および個別
電池電圧間のアンバランスが生じてしまう。このような
アンバランス状態において、各燃料電池本体１に均一の
燃料・酸化剤を供給すると、ストリング電流の大きいス
トリング２に含まれる燃料電池本体１では燃料・酸化剤
の欠乏現象が起こり、電池の損傷を生じてしまう可能性
がある。また、他に比べて著しく特性の高い燃料電池本
体１が存在する場合には、この燃料電池本体１が過電圧
状態にさらされ、損傷を生じてしまう可能性がある。
【００１４】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
燃料電池本体間にどのような特性アンバランスが生じた
場合でも、全ての燃料電池本体の燃料・酸化剤利用率、
電池電圧を適正な範囲に維持可能な信頼性の高い燃料電
池発電プラントを提供することである。
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
燃料電池本体間にどのような特性アンバランスが生じた
場合でも、全ての燃料電池本体の燃料・酸化剤利用率、
電池電圧を適正な範囲に維持可能な信頼性の高い燃料電
池発電プラントを提供することである。
【００１５】より具体的には、請求項１記載の発明の目
的は、各ストリング（直列接続電池群）の電流値にアン
バランスが生じた場合でも、各ストリング（直列接続電
池群）間の燃料利用率を均一に維持することにより、全
ての燃料電池本体の燃料利用率を適正な範囲に維持する
ことである。請求項２記載の発明の目的は、各ストリン
グ（直列接続電池群）の電流値にアンバランスが生じた
場合でも、各ストリング（直列接続電池群）間の酸化剤
利用率を均一に維持することにより、全ての燃料電池本
体の酸化剤利用率を適正な範囲に維持することである。
請求項３記載の発明の目的は、他に比べて著しく特性の
高い燃料電池本体が存在する場合に、この燃料電池本体
が過電圧状態となることを防止することにより、全ての
燃料電池本体の電池電圧を適正な範囲に維持することで
ある。
的は、各ストリング（直列接続電池群）の電流値にアン
バランスが生じた場合でも、各ストリング（直列接続電
池群）間の燃料利用率を均一に維持することにより、全
ての燃料電池本体の燃料利用率を適正な範囲に維持する
ことである。請求項２記載の発明の目的は、各ストリン
グ（直列接続電池群）の電流値にアンバランスが生じた
場合でも、各ストリング（直列接続電池群）間の酸化剤
利用率を均一に維持することにより、全ての燃料電池本
体の酸化剤利用率を適正な範囲に維持することである。
請求項３記載の発明の目的は、他に比べて著しく特性の
高い燃料電池本体が存在する場合に、この燃料電池本体
が過電圧状態となることを防止することにより、全ての
燃料電池本体の電池電圧を適正な範囲に維持することで
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池発
電プラントは、燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体
が電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されて直列接続電
池群が形成され、この直列接続電池群が電気的に並列に
ｍ列（ｍ≧２）接続されてなる燃料電池本体群と、燃料
電池本体群の燃料極に燃料を供給する燃料供給手段と、
燃料電池本体群の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供
給手段を有する燃料電池発電プラントにおいて、燃料ま
たは酸化剤の供給量の調節方式に一定の特徴を有するも
のである。
電プラントは、燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体
が電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されて直列接続電
池群が形成され、この直列接続電池群が電気的に並列に
ｍ列（ｍ≧２）接続されてなる燃料電池本体群と、燃料
電池本体群の燃料極に燃料を供給する燃料供給手段と、
燃料電池本体群の酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供
給手段を有する燃料電池発電プラントにおいて、燃料ま
たは酸化剤の供給量の調節方式に一定の特徴を有するも
のである。
【００１７】すなわち、請求項１記載の燃料電池発電プ
ラントは、複数の電流検出手段と複数の燃料供給調節手
段とを備えたことを特徴としている。このうち、電流検
出手段は、各直列接続電池群に流れる電流を個別に検出
する手段である。そして、燃料供給調節手段は、各電流
検出手段によって得られた個別の電流検出値に基づき、
各直列接続電池群に供給する燃料流量の割合を個別に調
節する手段である。
ラントは、複数の電流検出手段と複数の燃料供給調節手
段とを備えたことを特徴としている。このうち、電流検
出手段は、各直列接続電池群に流れる電流を個別に検出
する手段である。そして、燃料供給調節手段は、各電流
検出手段によって得られた個別の電流検出値に基づき、
各直列接続電池群に供給する燃料流量の割合を個別に調
節する手段である。
【００１８】また、請求項２記載の燃料電池発電プラン
トは、複数の電流検出手段と複数の酸化剤供給調節手段
とを備えたことを特徴としている。このうち、電流検出
手段は、各直列接続電池群に流れる個別の電流を検出す
る手段である。そして、酸化剤供給調節手段は、各電流
検出手段によって得られた個別の電流検出値に基づき、
各直列接続電池群に供給する酸化剤流量の割合を個別に
調節する手段である。
トは、複数の電流検出手段と複数の酸化剤供給調節手段
とを備えたことを特徴としている。このうち、電流検出
手段は、各直列接続電池群に流れる個別の電流を検出す
る手段である。そして、酸化剤供給調節手段は、各電流
検出手段によって得られた個別の電流検出値に基づき、
各直列接続電池群に供給する酸化剤流量の割合を個別に
調節する手段である。
【００１９】さらに、請求項３記載の燃料電池発電プラ
ントは、複数の電圧検出手段と、酸化剤リサイクル手段
と、リサイクル流量調節手段とを備えたことを特徴とし
ている。このうち、電圧検出手段は、各燃料電池本体の
個別の電圧を検出する手段である。そして、酸化剤リサ
イクル手段は、燃料電池本体にて発電に寄与した後に排
出される酸化剤の一部を燃料電池本体群の酸化剤極の上
流側へリサイクルする手段である。また、リサイクル流
量調節手段は、各電圧検出手段によって得られた個別の
電圧検出値に基づき、燃料電池本体群の酸化剤極の上流
側へリサイクルする酸化剤のリサイクル流量を調節する
手段である。
ントは、複数の電圧検出手段と、酸化剤リサイクル手段
と、リサイクル流量調節手段とを備えたことを特徴とし
ている。このうち、電圧検出手段は、各燃料電池本体の
個別の電圧を検出する手段である。そして、酸化剤リサ
イクル手段は、燃料電池本体にて発電に寄与した後に排
出される酸化剤の一部を燃料電池本体群の酸化剤極の上
流側へリサイクルする手段である。また、リサイクル流
量調節手段は、各電圧検出手段によって得られた個別の
電圧検出値に基づき、燃料電池本体群の酸化剤極の上流
側へリサイクルする酸化剤のリサイクル流量を調節する
手段である。
【００２０】
【作用】以上のような構成を有する本発明の燃料電池発
電プラントの作用は次の通りである。
電プラントの作用は次の通りである。
【００２１】まず、請求項１の発明において、燃料電池
本体の特性にアンバランスが生じ、その結果、電流検出
手段によって検出されるストリング（直列接続電池群）
電流検出値にアンバランスが生じた場合には、燃料供給
調節手段は、これらのストリング電流検出値に基づき、
以下の方法により供給する燃料流量を決定する。
本体の特性にアンバランスが生じ、その結果、電流検出
手段によって検出されるストリング（直列接続電池群）
電流検出値にアンバランスが生じた場合には、燃料供給
調節手段は、これらのストリング電流検出値に基づき、
以下の方法により供給する燃料流量を決定する。
【００２２】ここで、一般的に、ストリング電流をＩ、
そのストリングに属する燃料電池本体へ供給する燃料流
量をＦとすると、そのストリングにおける燃料利用率Ｕ
F は、次の式（１）で表される。
そのストリングに属する燃料電池本体へ供給する燃料流
量をＦとすると、そのストリングにおける燃料利用率Ｕ
F は、次の式（１）で表される。
【数１】 この式（１）から、ストリング電流Ｉが増大すると、燃
料利用率ＵF も増大することがわかる。そして、この燃
料利用率ＵF が過度に増大した場合には、燃料欠乏を引
き起こし、燃料電池本体を損傷してしまうことになる。
料利用率ＵF も増大することがわかる。そして、この燃
料利用率ＵF が過度に増大した場合には、燃料欠乏を引
き起こし、燃料電池本体を損傷してしまうことになる。
【００２３】そこで、このような燃料利用率ＵF の過度
の増大を防止するために、各ストリング電流Ｉ間の比率
に合わせて供給する燃料流量Ｆを決定する。すなわち、
ｍ個の各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に流れるスト
リング電流をＩ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉm とした場合に、各ス
トリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に供給する燃料流量
Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆm を、次の式（２）によって決定す
る。
の増大を防止するために、各ストリング電流Ｉ間の比率
に合わせて供給する燃料流量Ｆを決定する。すなわち、
ｍ個の各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に流れるスト
リング電流をＩ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉm とした場合に、各ス
トリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に供給する燃料流量
Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆm を、次の式（２）によって決定す
る。
【数２】Ｆ1 ：Ｆ2 …：Ｆm ＝ Ｉ1 ：Ｉ2 …：Ｉm
… 式（２） そして、燃料供給調節手段は、各ストリングＳ1 ，
Ｓ2 ，…，Ｓm に供給する燃料流量が、それぞれ以上の
ようにして決定される各燃料流量Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆm
となるように調節する。このような供給燃料流量の調節
により、各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 内において
各電池電流間にアンバランスがあっても、各ストリング
Ｓ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 間の燃料利用率は均一となる。
… 式（２） そして、燃料供給調節手段は、各ストリングＳ1 ，
Ｓ2 ，…，Ｓm に供給する燃料流量が、それぞれ以上の
ようにして決定される各燃料流量Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆm
となるように調節する。このような供給燃料流量の調節
により、各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 内において
各電池電流間にアンバランスがあっても、各ストリング
Ｓ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 間の燃料利用率は均一となる。
【００２４】次に、請求項２の発明において、燃料電池
本体の特性にアンバランスが生じ、その結果、電流検出
手段によって検出されるストリング電流値にアンバラン
スが生じた場合には、酸化剤供給調節手段は、これらの
ストリング電流検出値に基づき、以下の方法により供給
する酸化剤流量を決定する。
本体の特性にアンバランスが生じ、その結果、電流検出
手段によって検出されるストリング電流値にアンバラン
スが生じた場合には、酸化剤供給調節手段は、これらの
ストリング電流検出値に基づき、以下の方法により供給
する酸化剤流量を決定する。
【００２５】ここで、一般的に、ストリング電流をＩ、
そのストリングに属する燃料電池本体へ供給する酸化剤
流量をＧとすると、そのストリングにおける酸化剤利用
率ＵA は、次の式（３）で表される。
そのストリングに属する燃料電池本体へ供給する酸化剤
流量をＧとすると、そのストリングにおける酸化剤利用
率ＵA は、次の式（３）で表される。
【数３】 この式（３）から、ストリング電流Ｉが増大すると、酸
化剤利用率ＵA も増大することがわかる。そして、この
酸化剤利用率ＵA が過度に増大した場合には、酸化剤欠
乏を引き起こし、燃料電池本体を損傷してしまうことに
なる。
化剤利用率ＵA も増大することがわかる。そして、この
酸化剤利用率ＵA が過度に増大した場合には、酸化剤欠
乏を引き起こし、燃料電池本体を損傷してしまうことに
なる。
【００２６】そこで、このような酸化剤利用率ＵA の過
度の増大を防止するために、各ストリング電流Ｉ間の比
率に合わせて供給する酸化剤流量Ｇを決定する。すなわ
ち、ｍ個の各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に流れる
電流をＩ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉmとした場合に、各ストリン
グＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に供給する燃料流量Ｇ1 ，
Ｇ2 ，…，Ｇm を、次の式（４）によって決定する。
度の増大を防止するために、各ストリング電流Ｉ間の比
率に合わせて供給する酸化剤流量Ｇを決定する。すなわ
ち、ｍ個の各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に流れる
電流をＩ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉmとした場合に、各ストリン
グＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に供給する燃料流量Ｇ1 ，
Ｇ2 ，…，Ｇm を、次の式（４）によって決定する。
【数４】Ｇ1 ：Ｇ2 …：Ｇm ＝ Ｉ1 ：Ｉ2 …：Ｉm … 式（４） そして、酸化剤供給調節手段は、各ストリングＳ1 ，Ｓ
2 ，…，Ｓm に供給する酸化剤流量が、それぞれ以上の
ようにして決定される各酸化剤流量Ｇ1 ，Ｇ2，…，Ｇ
m となるように調節する。このような供給酸化剤流量の
調節により、各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 内にお
いて各電池電流間にアンバランスがあっても、各ストリ
ングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 間の酸化剤利用率は均一とな
る。
2 ，…，Ｓm に供給する酸化剤流量が、それぞれ以上の
ようにして決定される各酸化剤流量Ｇ1 ，Ｇ2，…，Ｇ
m となるように調節する。このような供給酸化剤流量の
調節により、各ストリングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 内にお
いて各電池電流間にアンバランスがあっても、各ストリ
ングＳ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm 間の酸化剤利用率は均一とな
る。
【００２７】続いて、請求項３の発明において、燃料電
池本体のリプレースなどにより他に比べて著しく高い電
圧の（他に比べて著しく特性の高い）燃料電池本体が存
在する場合には、電圧検出手段による個別の電圧検出値
に基づき、リサイクル流量調節手段によって、全ての燃
料電池本体の中で最も電圧値の高い燃料電池本体の電圧
が制限値以内となるように、酸化剤のリサイクル流量を
増加させる。このような酸化剤のリサイクル流量の調節
により、最も特性の高い燃料電池本体が過電圧状態とな
ることを防止できる。
池本体のリプレースなどにより他に比べて著しく高い電
圧の（他に比べて著しく特性の高い）燃料電池本体が存
在する場合には、電圧検出手段による個別の電圧検出値
に基づき、リサイクル流量調節手段によって、全ての燃
料電池本体の中で最も電圧値の高い燃料電池本体の電圧
が制限値以内となるように、酸化剤のリサイクル流量を
増加させる。このような酸化剤のリサイクル流量の調節
により、最も特性の高い燃料電池本体が過電圧状態とな
ることを防止できる。
【００２８】
【実施例】以下には、本発明の実施例を、図面を参照し
て説明する。まず、図１は、本発明による燃料電池発電
プラントの一実施例を示す構成図である。この図１にお
いて、図４に示す従来例との共通部分については同一符
号を付し、その部分の説明は省略する。本実施例におい
て、図４の従来例と異なる点は、各ストリング２にスト
リング２に流れるストリング電流を検出するストリング
電流検出器３１が個別に接続されている点、各ストリン
グ２の燃料供給ヘッダ１９と酸化剤供給ヘッダ２０に燃
料供給ダンパ３２と酸化剤供給ダンパ３３とがそれぞれ
設けられている。この場合、ストリング電流検出器３１
は、請求項１または請求項２に記載の電流検出手段に相
当する。また、燃料供給ダンパ３２は、各ストリング電
流検出器３１によって得られた個別のストリング電流検
出値に基づいてその開度を調節することにより、各スト
リング２に供給する燃料流量の割合を個別に調節する手
段であり、請求項１に記載の燃料供給調節手段に相当す
る。そしてまた、酸化剤供給ダンパ３３は、各ストリン
グ電流検出器３１によって得られた個別のストリング電
流検出値に基づいてその開度を調節することにより、各
ストリング２に供給する酸化剤流量の割合を個別に調節
する手段であり、請求項２に記載の酸化剤供給調節手段
に相当する。この場合、これらの燃料供給ダンパ３２と
酸化剤供給ダンパ３３は、図２に示すような制御装置３
４によって制御されるように構成されている。
て説明する。まず、図１は、本発明による燃料電池発電
プラントの一実施例を示す構成図である。この図１にお
いて、図４に示す従来例との共通部分については同一符
号を付し、その部分の説明は省略する。本実施例におい
て、図４の従来例と異なる点は、各ストリング２にスト
リング２に流れるストリング電流を検出するストリング
電流検出器３１が個別に接続されている点、各ストリン
グ２の燃料供給ヘッダ１９と酸化剤供給ヘッダ２０に燃
料供給ダンパ３２と酸化剤供給ダンパ３３とがそれぞれ
設けられている。この場合、ストリング電流検出器３１
は、請求項１または請求項２に記載の電流検出手段に相
当する。また、燃料供給ダンパ３２は、各ストリング電
流検出器３１によって得られた個別のストリング電流検
出値に基づいてその開度を調節することにより、各スト
リング２に供給する燃料流量の割合を個別に調節する手
段であり、請求項１に記載の燃料供給調節手段に相当す
る。そしてまた、酸化剤供給ダンパ３３は、各ストリン
グ電流検出器３１によって得られた個別のストリング電
流検出値に基づいてその開度を調節することにより、各
ストリング２に供給する酸化剤流量の割合を個別に調節
する手段であり、請求項２に記載の酸化剤供給調節手段
に相当する。この場合、これらの燃料供給ダンパ３２と
酸化剤供給ダンパ３３は、図２に示すような制御装置３
４によって制御されるように構成されている。
【００２９】すなわち、図２に示すように、制御装置３
４は、まず、流量分配演算器３５と開度演算器３６を備
えている。このうち、流量分配演算器３５は、各ストリ
ング電流検出器３１に接続されており、各ストリング電
流検出器３１から得られる個別のストリング電流検出値
から各ストリング２に供給する燃料の流量分配を演算す
るように構成されている。具体的には、各ストリングＳ
1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に流れるストリング電流をＩ1 ，Ｉ
2 ，…，Ｉm とした場合に、各ストリングＳ1，Ｓ2 ，
…，Ｓm に供給する燃料流量Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆm を、
次の式（５）によって求めるように構成されている。
４は、まず、流量分配演算器３５と開度演算器３６を備
えている。このうち、流量分配演算器３５は、各ストリ
ング電流検出器３１に接続されており、各ストリング電
流検出器３１から得られる個別のストリング電流検出値
から各ストリング２に供給する燃料の流量分配を演算す
るように構成されている。具体的には、各ストリングＳ
1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm に流れるストリング電流をＩ1 ，Ｉ
2 ，…，Ｉm とした場合に、各ストリングＳ1，Ｓ2 ，
…，Ｓm に供給する燃料流量Ｆ1 ，Ｆ2 ，…，Ｆm を、
次の式（５）によって求めるように構成されている。
【数５】Ｆ1 ：Ｆ2 …：Ｆm ＝ Ｉ1 ：Ｉ2 …：Ｉm … 式（５） そして、開度演算器３６は、流量分配演算器３５に接続
されており、流量分配演算器３５によって求められた各
ストリング（Ｓ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm ）２の流量から各ス
トリング（Ｓ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm ）２の各燃料供給ダン
パ３２の開度を演算し、得られた開度によって各燃料供
給ダンパ３２に制御指令を送るように構成されている。
されており、流量分配演算器３５によって求められた各
ストリング（Ｓ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm ）２の流量から各ス
トリング（Ｓ1 ，Ｓ2 ，…，Ｓm ）２の各燃料供給ダン
パ３２の開度を演算し、得られた開度によって各燃料供
給ダンパ３２に制御指令を送るように構成されている。
【００３０】以上では、制御装置３４の燃料制御側につ
いて説明したが、酸化剤制御側についても全く同様に構
成されている。すなわち、制御装置３４は、図示してい
ないが、酸化剤制御側についても、燃料制御側の流量分
配演算器３５および開度演算器３６と同様の流量分配演
算器および開度演算器を備えている。
いて説明したが、酸化剤制御側についても全く同様に構
成されている。すなわち、制御装置３４は、図示してい
ないが、酸化剤制御側についても、燃料制御側の流量分
配演算器３５および開度演算器３６と同様の流量分配演
算器および開度演算器を備えている。
【００３１】また、制御装置３４は、酸化剤リサイクル
用として、最大値演算器３７と演算器３８を備えてい
る。このうち、最大値演算器３７は、各電圧検出器５に
接続されており、各電圧検出器５から得られる個別の電
圧検出値からその最大値を求めるように構成されてい
る。そして、演算器３８は、最大値演算器３７で求めら
れた最大の電圧検出値に基づき、この最大の電圧検出
値、すなわち、全ての燃料電池本体１の中で最も電圧値
の高い燃料電池本体１の電圧値が所定の制限値以内とな
るように、酸化剤のリサイクル流量を決定するように構
成されている。さらに、この演算器３８は、決定したリ
サイクル流量に基づいて、リサイクルブロワ２６の起動
・停止とリサイクル流量制御弁２７の開度を決定し、こ
の決定に従ってリサイクルブロワ２６およびリサイクル
流量制御弁２７に制御指令を送るように構成されてい
る。この場合、電圧検出器５は、請求項３に記載の電圧
検出手段に相当する。また、リサイクル配管２５とリサ
イクルブロワ２６は、請求項３に記載の酸化剤リサイク
ル手段に相当する。そしてまた、リサイクル流量制御弁
２７は、各電圧検出器５によって得られた個別の電圧検
出値に基づいて制御装置３４によって決定された開度に
従ってその開度を調節し、ストリング２のカソードの上
流側へリサイクルする酸化剤のリサイクル流量を調節す
る手段であり、請求項３に記載のリサイクル流量調節手
段に相当する。
用として、最大値演算器３７と演算器３８を備えてい
る。このうち、最大値演算器３７は、各電圧検出器５に
接続されており、各電圧検出器５から得られる個別の電
圧検出値からその最大値を求めるように構成されてい
る。そして、演算器３８は、最大値演算器３７で求めら
れた最大の電圧検出値に基づき、この最大の電圧検出
値、すなわち、全ての燃料電池本体１の中で最も電圧値
の高い燃料電池本体１の電圧値が所定の制限値以内とな
るように、酸化剤のリサイクル流量を決定するように構
成されている。さらに、この演算器３８は、決定したリ
サイクル流量に基づいて、リサイクルブロワ２６の起動
・停止とリサイクル流量制御弁２７の開度を決定し、こ
の決定に従ってリサイクルブロワ２６およびリサイクル
流量制御弁２７に制御指令を送るように構成されてい
る。この場合、電圧検出器５は、請求項３に記載の電圧
検出手段に相当する。また、リサイクル配管２５とリサ
イクルブロワ２６は、請求項３に記載の酸化剤リサイク
ル手段に相当する。そしてまた、リサイクル流量制御弁
２７は、各電圧検出器５によって得られた個別の電圧検
出値に基づいて制御装置３４によって決定された開度に
従ってその開度を調節し、ストリング２のカソードの上
流側へリサイクルする酸化剤のリサイクル流量を調節す
る手段であり、請求項３に記載のリサイクル流量調節手
段に相当する。
【００３２】次に、本実施例の燃料電池発電プラントの
作用について説明する。まず、建設直後などの、個々の
燃料電池本体１の特性に差異がない時には、同じ負荷電
流に対して全ての燃料電池本体１はほぼ同じ電圧を示す
ので、各ストリング２を流れるストリング電流値もほぼ
同じである。そのため、各ストリング２に供給する燃料
・酸化剤流量は、全てのストリング２に対して等しくす
ればよい。したがって、燃料・酸化剤ともに、燃料供給
共通配管１３の酸化剤供給共通配管１４に設けられた共
通の燃料流量制御弁１５と酸化剤流量制御弁１７のみに
よって全てのストリング２に対して一括的に供給流量を
調節すればよい。そして、各ストリング２の各燃料供給
ヘッダ１９および各酸化剤供給ヘッダ２０に設けられた
各燃料供給ダンパ３２および酸化剤供給ダンパ３３は、
全て全開もしくは等開度とすればよい。
作用について説明する。まず、建設直後などの、個々の
燃料電池本体１の特性に差異がない時には、同じ負荷電
流に対して全ての燃料電池本体１はほぼ同じ電圧を示す
ので、各ストリング２を流れるストリング電流値もほぼ
同じである。そのため、各ストリング２に供給する燃料
・酸化剤流量は、全てのストリング２に対して等しくす
ればよい。したがって、燃料・酸化剤ともに、燃料供給
共通配管１３の酸化剤供給共通配管１４に設けられた共
通の燃料流量制御弁１５と酸化剤流量制御弁１７のみに
よって全てのストリング２に対して一括的に供給流量を
調節すればよい。そして、各ストリング２の各燃料供給
ヘッダ１９および各酸化剤供給ヘッダ２０に設けられた
各燃料供給ダンパ３２および酸化剤供給ダンパ３３は、
全て全開もしくは等開度とすればよい。
【００３３】しかしながら、ある程度の運転期間の後に
は、必ず燃料電池本体１の特性にバラツキが生じ、同じ
負荷電流に対して燃料電池本体１の示す電圧に差が生じ
ることになる。この場合、各ストリング２は並列接続さ
れているため、各ストリング２の電圧は全て等しくな
り、以上のような燃料電池本体１の特性の差はストリン
グ電流の差として表われてくる。この現象は、電池の電
流・電圧特性から明らかであるが、以下に簡単に説明す
る。
は、必ず燃料電池本体１の特性にバラツキが生じ、同じ
負荷電流に対して燃料電池本体１の示す電圧に差が生じ
ることになる。この場合、各ストリング２は並列接続さ
れているため、各ストリング２の電圧は全て等しくな
り、以上のような燃料電池本体１の特性の差はストリン
グ電流の差として表われてくる。この現象は、電池の電
流・電圧特性から明らかであるが、以下に簡単に説明す
る。
【００３４】まず、図３は、燃料電池の標準的な電流・
電圧特性を示すグラフである。図中線Ａは電池特性の初
期状態を示しており、線Ｂは、この初期状態から電池の
特性が低下した状態を示している。このＡとＢに示すよ
うに電池の特性にバラツキを生じた場合、前述したよう
に、各ストリング２は同じ電圧になるため、状態Ｂに特
性が低下した電池の運転点は、初期状態ＡのＣ点から状
態ＢのＤ点に移り、電流が低下することになる。したが
って、特性の差が増大すると、ストリング電流の差が増
大する。
電圧特性を示すグラフである。図中線Ａは電池特性の初
期状態を示しており、線Ｂは、この初期状態から電池の
特性が低下した状態を示している。このＡとＢに示すよ
うに電池の特性にバラツキを生じた場合、前述したよう
に、各ストリング２は同じ電圧になるため、状態Ｂに特
性が低下した電池の運転点は、初期状態ＡのＣ点から状
態ＢのＤ点に移り、電流が低下することになる。したが
って、特性の差が増大すると、ストリング電流の差が増
大する。
【００３５】これに対して、本実施例においては、各ス
トリング２のストリング電流の差が増大すると、これら
のストリング電流の差は、まず、各ストリング電流検出
器３１からの個別のストリング電流検出値の差として得
られることになる。次に、制御装置３４の流量分配演算
器３５によって、このような差を有するストリング電流
検出値から、各ストリング２に供給する燃料の流量分配
が求められる。そして、このようにして求められた燃料
の流量分配から、開度演算器３６によって、各ストリン
グ２の各燃料供給ダンパ３２の開度が求められ、各燃料
供給ダンパ３２の開度が自動的に制御される。この結
果、各燃料供給ダンパ３２によって、各ストリング２に
供給される燃料流量が調節され、各ストリング２間の燃
料利用率が均一に維持される。同様にして、制御装置３
４の酸化剤制御側の流量分配演算器と開度演算器によ
り、各ストリング２の各酸化剤供給ダンパ３３の開度が
求められ、各酸化剤供給ダンパ３３の開度が自動的に制
御される。この結果、各酸化剤供給ダンパ３３によっ
て、各ストリング２に供給される酸化剤流量が調節さ
れ、各ストリング２間の酸化剤利用率が均一に維持され
る。
トリング２のストリング電流の差が増大すると、これら
のストリング電流の差は、まず、各ストリング電流検出
器３１からの個別のストリング電流検出値の差として得
られることになる。次に、制御装置３４の流量分配演算
器３５によって、このような差を有するストリング電流
検出値から、各ストリング２に供給する燃料の流量分配
が求められる。そして、このようにして求められた燃料
の流量分配から、開度演算器３６によって、各ストリン
グ２の各燃料供給ダンパ３２の開度が求められ、各燃料
供給ダンパ３２の開度が自動的に制御される。この結
果、各燃料供給ダンパ３２によって、各ストリング２に
供給される燃料流量が調節され、各ストリング２間の燃
料利用率が均一に維持される。同様にして、制御装置３
４の酸化剤制御側の流量分配演算器と開度演算器によ
り、各ストリング２の各酸化剤供給ダンパ３３の開度が
求められ、各酸化剤供給ダンパ３３の開度が自動的に制
御される。この結果、各酸化剤供給ダンパ３３によっ
て、各ストリング２に供給される酸化剤流量が調節さ
れ、各ストリング２間の酸化剤利用率が均一に維持され
る。
【００３６】一方、ある長時間運転の後に、複数の燃料
電池本体１の一部をリプレースすることがあるが、この
際に、このリプレースした燃料電池本体１が、極端に高
い電圧を示してしまう場合がある。この場合に、従来例
のように、全ての電池電圧の平均値で酸化剤のリサイク
ル流量を決定すると、使用時間の長い既存の燃料電池本
体１の電池電圧は適切な値を示す反面、リプレースした
新しい燃料電池本体１は過電圧状態にさらされてしまう
ことになる。これに対して、本実施例においては、制御
装置３４の電池電圧の平均値ではなく、全ての電池電圧
のうちの最大値を用いて酸化剤のリサイクル流量を決定
できるため、どのような状況においても一部の燃料電池
本体が過電圧状態にさらされることはない。
電池本体１の一部をリプレースすることがあるが、この
際に、このリプレースした燃料電池本体１が、極端に高
い電圧を示してしまう場合がある。この場合に、従来例
のように、全ての電池電圧の平均値で酸化剤のリサイク
ル流量を決定すると、使用時間の長い既存の燃料電池本
体１の電池電圧は適切な値を示す反面、リプレースした
新しい燃料電池本体１は過電圧状態にさらされてしまう
ことになる。これに対して、本実施例においては、制御
装置３４の電池電圧の平均値ではなく、全ての電池電圧
のうちの最大値を用いて酸化剤のリサイクル流量を決定
できるため、どのような状況においても一部の燃料電池
本体が過電圧状態にさらされることはない。
【００３７】すなわち、本実施例において、他に比べて
著しく高い電圧の（他に比べて著しく特性の良い）燃料
電池本体１が存在する場合には、まず、各燃料電池本体
１の各電圧検出器５によって得られた個別の電圧検出値
に基づき、制御装置３４の最大値演算器３７により最大
の電圧検出値が求められる。次に、演算器３８によっ
て、最大値演算器３７で求められた最大の電圧検出値が
所定の制限値以内となるように、酸化剤のリサイクル流
量が決定される。続いて、この演算器３８によって、決
定したリサイクル流量に基づいて、リサイクルブロワ２
６の起動・停止とリサイクル流量制御弁２７の開度が決
定され、この決定に従ってリサイクルブロワ２６の起動
・停止およびリサイクル流量制御弁２７の開度が自動的
に制御される。この結果、リサイクル流量制御弁２７に
よって、リサイクル配管２５を介してストリング２のカ
ソードの上流側へリサイクルする酸化剤のリサイクル流
量を調節することができるため、最も高い特性を有する
燃料電池本体１が過電圧状態となることを防止できる。
著しく高い電圧の（他に比べて著しく特性の良い）燃料
電池本体１が存在する場合には、まず、各燃料電池本体
１の各電圧検出器５によって得られた個別の電圧検出値
に基づき、制御装置３４の最大値演算器３７により最大
の電圧検出値が求められる。次に、演算器３８によっ
て、最大値演算器３７で求められた最大の電圧検出値が
所定の制限値以内となるように、酸化剤のリサイクル流
量が決定される。続いて、この演算器３８によって、決
定したリサイクル流量に基づいて、リサイクルブロワ２
６の起動・停止とリサイクル流量制御弁２７の開度が決
定され、この決定に従ってリサイクルブロワ２６の起動
・停止およびリサイクル流量制御弁２７の開度が自動的
に制御される。この結果、リサイクル流量制御弁２７に
よって、リサイクル配管２５を介してストリング２のカ
ソードの上流側へリサイクルする酸化剤のリサイクル流
量を調節することができるため、最も高い特性を有する
燃料電池本体１が過電圧状態となることを防止できる。
【００３８】以上説明したように、本実施例によれば、
各ストリング２の電流値にアンバランスが生じた場合で
も、各ストリング２間の燃料利用率および酸化剤利用率
を均一に維持することができるため、全ての燃料電池本
体１の燃料利用率および酸化剤利用率を適正な範囲に維
持することができる。また、本実施例によれば、燃料電
池本体１のリプレースなどにより他に比べて著しく特性
の高い燃料電池本体１が存在する場合には、この最も高
い特性を有する燃料電池本体１が過電圧状態となること
を防止することにより、全ての燃料電池本体１の電池電
圧を適正な範囲に維持することができる。
各ストリング２の電流値にアンバランスが生じた場合で
も、各ストリング２間の燃料利用率および酸化剤利用率
を均一に維持することができるため、全ての燃料電池本
体１の燃料利用率および酸化剤利用率を適正な範囲に維
持することができる。また、本実施例によれば、燃料電
池本体１のリプレースなどにより他に比べて著しく特性
の高い燃料電池本体１が存在する場合には、この最も高
い特性を有する燃料電池本体１が過電圧状態となること
を防止することにより、全ての燃料電池本体１の電池電
圧を適正な範囲に維持することができる。
【００３９】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、各部の具体的な構成は適宜変更可能であ
る。例えば、ストリングを形成する燃料電池本体の数は
適宜選択可能であり、また、ストリングの数も適宜選択
可能である。一方、電流検出手段、電圧検出手段、燃料
供給調節手段、酸化剤供給調節手段、リサイクル流量調
節手段などの具体的な構成や、これらの各手段の制御系
の具体的な構成なども適宜選択可能である。
ものではなく、各部の具体的な構成は適宜変更可能であ
る。例えば、ストリングを形成する燃料電池本体の数は
適宜選択可能であり、また、ストリングの数も適宜選択
可能である。一方、電流検出手段、電圧検出手段、燃料
供給調節手段、酸化剤供給調節手段、リサイクル流量調
節手段などの具体的な構成や、これらの各手段の制御系
の具体的な構成なども適宜選択可能である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各直列接続電池群に対して電流検出手段と燃料供給調節
手段または酸化剤供給調節手段を個別に設けるか、ある
いは、各電圧検出手段によって得られた個別の電圧検出
値に基づいてリサイクル流量調節手段によって酸化剤の
リサイクル流量を調節することにより、燃料電池本体間
にどのような特性アンバランスが生じた場合でも、全て
の燃料電池本体の燃料・酸化剤利用率、電池電圧を適正
な範囲に維持可能な信頼性の高い燃料電池発電プラント
を提供することができる。
各直列接続電池群に対して電流検出手段と燃料供給調節
手段または酸化剤供給調節手段を個別に設けるか、ある
いは、各電圧検出手段によって得られた個別の電圧検出
値に基づいてリサイクル流量調節手段によって酸化剤の
リサイクル流量を調節することにより、燃料電池本体間
にどのような特性アンバランスが生じた場合でも、全て
の燃料電池本体の燃料・酸化剤利用率、電池電圧を適正
な範囲に維持可能な信頼性の高い燃料電池発電プラント
を提供することができる。
【図１】本発明による燃料電池発電プラントの一実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図２】図１の燃料電池発電プラントの制御装置を示す
構成図。
構成図。
【図３】燃料電池の標準的な電流・電圧特性を示すグラ
フ。
フ。
【図４】従来の燃料電池発電プラントの一例を示す構成
図。
図。
１…燃料電池本体 ２…ストリング ３…電気システム ４…全電流検出器 ５…電圧検出器 １１…燃料処理システム １２…酸化剤処理システム １３…燃料供給共通配管 １４…酸化剤供給共通配管 １５…燃料流量制御弁 １６…燃料流量計 １７…酸化剤流量制御弁 １８…酸化剤流量計 １９…燃料供給ヘッダ ２０…酸化剤供給ヘッダ ２１…燃料排出ヘッダ ２２…酸化剤排出ヘッダ ２３…燃料排出共通配管 ２４…酸化剤排出共通配管 ２５…リサイクル配管 ２６…リサイクルブロワ ２７…リサイクル流量制御弁 ２８…リサイクル流量検出器 ３１…ストリング電流検出器 ３２…燃料供給ダンパ ３３…酸化剤供給ダンパ ３４…制御装置 ３５…流量分配演算器 ３６…開度演算器 ３７…最大値演算器 ３８…演算器
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体
が電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されて直列接続電
池群が形成され、この直列接続電池群が電気的に並列に
ｍ列（ｍ≧２）接続されてなる燃料電池本体群と、前記
燃料電池本体群の燃料極に燃料を供給する燃料供給手段
と、前記燃料電池本体群の酸化剤極に酸化剤を供給する
酸化剤供給手段を有する燃料電池発電プラントにおい
て、 前記各直列接続電池群に流れる電流を個別に検出する複
数の電流検出手段と、 前記各電流検出手段によって得られた個別の電流検出値
に基づき、前記各直列接続電池群に供給する燃料流量の
割合を個別に調節する複数の燃料供給調節手段とを備え
たことを特徴とする燃料電池発電プラント。 - 【請求項２】 燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体
が電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されて直列接続電
池群が形成され、この直列接続電池群が電気的に並列に
ｍ列（ｍ≧２）接続されてなる燃料電池本体群と、前記
燃料電池本体群の燃料極に燃料を供給する燃料供給手段
と、前記燃料電池本体群の酸化剤極に酸化剤を供給する
酸化剤供給手段を有する燃料電池発電プラントにおい
て、 前記各直列接続電池群に流れる個別の電流を検出する複
数の電流検出手段と、 前記各電流検出手段によって得られた個別の電流検出値
に基づき、前記各直列接続電池群に供給する酸化剤流量
の割合を個別に調節する複数の酸化剤供給調節手段とを
備えたことを特徴とする燃料電池発電プラント。 - 【請求項３】 燃料極と酸化剤極からなる燃料電池本体
が電気的に直列にｎ個（ｎ≧１）接続されて直列接続電
池群が形成され、この直列接続電池群が電気的に並列に
ｍ列（ｍ≧２）接続されてなる燃料電池本体群と、前記
燃料電池本体群の燃料極に燃料を供給する燃料供給手段
と、前記燃料電池本体群の酸化剤極に酸化剤を供給する
酸化剤供給手段を有する燃料電池発電プラントにおい
て、 前記各燃料電池本体の個別の電圧を検出する複数の電圧
検出手段と、 前記燃料電池本体にて発電に寄与した後に排出される酸
化剤の一部を前記燃料電池本体群の酸化剤極の上流側へ
リサイクルする酸化剤リサイクル手段と、 前記各電圧検出手段によって得られた個別の電圧検出値
に基づき、前記燃料電池本体群の酸化剤極の上流側へリ
サイクルする酸化剤のリサイクル流量を調節するリサイ
クル流量調節手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6165019A JPH0831439A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 燃料電池発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6165019A JPH0831439A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 燃料電池発電プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831439A true JPH0831439A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=15804301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6165019A Pending JPH0831439A (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 燃料電池発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831439A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1003042C2 (nl) * | 1996-05-06 | 1997-11-07 | Stichting Energie | Werkwijze voor het bepalen van het debiet van reactanten in elke cel van een electrochemische celstapeling. |
| WO2006025254A1 (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池システム |
| JP2008535191A (ja) * | 2005-04-06 | 2008-08-28 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 低温燃料電池スタックとその動作方法 |
| US20210351423A1 (en) * | 2019-06-03 | 2021-11-11 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Fuel cell throttle |
| JP2022047085A (ja) * | 2020-09-11 | 2022-03-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2023094169A (ja) * | 2021-12-23 | 2023-07-05 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 燃料電池システム、制御装置、及び制御方法 |
| JP2024536423A (ja) * | 2021-10-06 | 2024-10-04 | ターボ システムズ スウィツァーランド リミテッド | モジュール化燃料電池システム |
| WO2025206393A1 (ja) * | 2024-03-29 | 2025-10-02 | 京セラ株式会社 | 燃料電池システム |
-
1994
- 1994-07-18 JP JP6165019A patent/JPH0831439A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1003042C2 (nl) * | 1996-05-06 | 1997-11-07 | Stichting Energie | Werkwijze voor het bepalen van het debiet van reactanten in elke cel van een electrochemische celstapeling. |
| WO1997042674A1 (en) * | 1996-05-06 | 1997-11-13 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method for determining the flow rate of reactants in each cell of an electrochemical cell stack |
| US6162557A (en) * | 1996-05-06 | 2000-12-19 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method for determining the flow rate of reactants in each cell of an electrochemical cell stack |
| EP1793440A4 (en) * | 2004-09-02 | 2009-04-01 | Panasonic Corp | FUEL CELL SYSTEM |
| CN100438179C (zh) * | 2004-09-02 | 2008-11-26 | 松下电器产业株式会社 | 燃料电池系统 |
| WO2006025254A1 (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池システム |
| JP2008535191A (ja) * | 2005-04-06 | 2008-08-28 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 低温燃料電池スタックとその動作方法 |
| US20210351423A1 (en) * | 2019-06-03 | 2021-11-11 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Fuel cell throttle |
| US12407008B2 (en) * | 2019-06-03 | 2025-09-02 | Microsoft Technology Licensing | Fuel cell throttle |
| JP2022047085A (ja) * | 2020-09-11 | 2022-03-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2024536423A (ja) * | 2021-10-06 | 2024-10-04 | ターボ システムズ スウィツァーランド リミテッド | モジュール化燃料電池システム |
| JP2023094169A (ja) * | 2021-12-23 | 2023-07-05 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 燃料電池システム、制御装置、及び制御方法 |
| WO2025206393A1 (ja) * | 2024-03-29 | 2025-10-02 | 京セラ株式会社 | 燃料電池システム |
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