JPH10255827A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPH10255827A
JPH10255827A JP9054413A JP5441397A JPH10255827A JP H10255827 A JPH10255827 A JP H10255827A JP 9054413 A JP9054413 A JP 9054413A JP 5441397 A JP5441397 A JP 5441397A JP H10255827 A JPH10255827 A JP H10255827A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
gas
oxidizing gas
bypass
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JP9054413A
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English (en)
Inventor
Katsukuni Yamada
勝国 山田
Toshiki Kahara
俊樹 加原
Yoshiaki Amano
義明 天野
Hirokatsu Tanaka
博勝 田中
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YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の燃料電池を併設した燃料電池発電システ
ムの一部燃料電池に異常が発生した場合、燃料電池発電
システムの安定運転継続と燃料電池の長寿命化を図る。 【解決手段】燃料電池,燃料改質装置,酸化ガス供給装
置,燃料ガス流量調節弁および酸化ガス流量調節弁を備
えた燃料電池発電システムにおいて、燃料電池の異常を
検出する燃料電池異常検出装置4と、燃料電池異常検出
装置4の異常信号を入力して燃料ガスバイパス弁8と酸
化ガスバイパス弁9を制御するバイパス制御装置5と、
を備える。 【効果】複数の燃料電池を併設した燃料電池発電システ
ムの安定運転継続と燃料電池の長寿命化に貢献する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池発電システ
ムに係わり、特に、複数の燃料電池を併設した燃料電池
発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来技術による複数の燃料電池
を併設した燃料電池発電システムを示したブロック図
で、特開昭61−13506 号公報に開示されたものである。
図5に示すように燃料電池発電システムは、燃料電池1
と、各燃料電池への燃料ガス供給量を制御する燃料ガス
流量調節弁6と、各燃料電池への酸化ガス供給量を制御
する酸化ガス流量調節弁7とを備えている。各調節弁
6,7の調節により、各燃料電池への燃料ガス流量およ
び酸化ガス流量を同一にすることができ、出力を均一に
した運転を行わせることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の燃料電池発電システムは、複数の燃料電池性能が均一
であることを前提に、燃料ガス流量および酸化ガス流量
を同一にして均一な出力運転を行うとしている。
【0004】しかし、複数の燃料電池は、初期性能・性
能変化等に個体差が有るので、定常運転中に特定燃料電
池への燃料ガス・酸化ガス供給を遮断して一部運転停止
しなければならない場合がある。この時、複数の燃料電
池が共有する燃料改質装置や酸化ガス供給装置から供給
される各ガス量は、システム全体の電気化学反応量に応
じて供給されているため、一部燃料電池への燃料ガスお
よび酸化ガス供給遮断によって生じた過剰ガスは、燃料
ガス供給圧力および酸化ガス供給圧力を上昇させる。す
なわち、異常等の発生した燃料電池の保護動作として行
うガス供給遮断が、共有する燃料ガス供給母管および酸
化ガス供給母管を介して、健全な燃料電池に極間差圧増
加等の悪影響を与える問題が発生する。
【0005】本発明の目的は、発電中の複数の燃料電池
の一部に異常が発生した場合、他の健全な燃料電池に損
傷を与えず当該燃料電池へのガス供給を遮断することに
よって、燃料電池発電システムの安定運転を継続し、燃
料電池の長寿命化を図ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によ
り発電する複数の燃料電池と、燃料を改質して燃料ガス
を生成する燃料改質装置と、各燃料電池へ分配する燃料
ガス流量を制御する複数の燃料ガス流量制御手段と、空
気等を含む酸化ガスを所定の温度・圧力に調整する酸化
ガス供給装置と、各燃料電池へ分配する酸化ガス流量を
制御する複数の酸化ガス流量制御手段と、を備えた燃料
電池発電システムにおいて、前記燃料電池の異常を検出
する燃料電池異常検出装置と、前記燃料ガス流量制御手
段で制御された燃料ガスを前記燃料電池へ供給せずバイ
パスして流す燃料ガスバイパス手段と、前記酸化ガス流
量制御手段で制御された酸化ガスを前記燃料電池へ供給
せずバイパスして流す酸化ガスバイパス手段と、前記燃
料電池異常検出装置で検出した異常信号を入力して前記
燃料ガスバイパス手段と前記酸化ガスバイパス手段を制
御するバイパス制御装置と、を備えたことを特徴として
いる。
【0007】複数の燃料電池が発電を行っている場合、
共有する燃料改質装置や酸化ガス供給装置からは、全燃
料電池で必要な燃料ガスや酸化ガスが過不足なく供給さ
れている。このため、上記のように構成すれば、一部の
燃料電池にガス遮断の必要が生じた場合、当該燃料電池
をバイパスする燃料ガスと酸化ガスの流路が確保され、
過剰ガスによる燃料ガス供給圧力や酸化ガス供給圧力の
上昇を防止できる。そして、当該燃料電池の燃料ガス流
量制御手段と酸化ガス流量制御手段は、燃料改質装置と
酸化ガス供給装置の供給ガス量減少と協調して各バイパ
ス流量を減少・遮断することにより、他の健全な燃料電
池に極間差圧の増加等を生じることなく、燃料電池発電
システムの安定運転の継続と、燃料電池の長寿命化を図
ることが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を説明す
る。
【0009】(実施例1)図1は、本発明の実施例1に
よる燃料電池発電システムの概略構成を示している。図
1に示すように、燃料電池発電システムは、複数の燃料
電池11〜1N,燃料改質装置2,酸化ガス供給装置3と
を備えている。
【0010】燃料電池発電システムに外部から供給され
る炭化水素等の燃料は、燃料改質装置2で水蒸気改質法
等で高水素濃度の燃料ガスとなる。燃料改質装置2は、
複数の燃料電池11〜1N全体の電気化学反応に必要な燃
料ガスを基本的に過不足なく生成し、燃料ガス流量調節
弁61〜6Nで各燃料電池に必要な燃料ガス量に分配さ
れ、複数の燃料電池11〜1Nの燃料極1A1〜1ANに供
給される。燃料電池発電システムに外部から供給される
空気等を含む酸化ガスは、酸化ガス供給装置3で所定の
圧力・温度に調整される。酸化ガス供給装置3は、複数
の燃料電池11 〜1N 全体の電気化学反応に必要な酸化
ガスを基本的に過不足なく供給し、酸化ガス流量調節弁
1〜7Nで各燃料電池に必要な酸化ガス量に分配され、
複数の燃料電池11〜1Nの空気極1B1〜1BNに供給さ
れる。複数の燃料電池11〜1Nは、燃料改質装置2から
の燃料ガスと酸化ガス供給装置3からの酸化ガスによっ
て直流電力を発電する。
【0011】本実施例の特徴は、燃料電池異常検出装置
4と、燃料ガスバイパス弁81〜8Nと、酸化ガスバイパ
ス弁91〜9Nと、バイパス制御装置5と、を備えている
ことである。燃料電池異常検出装置4で検出された異常
は、バイパス制御装置5へ入力される。バイパス制御装
置5は、異常発生した燃料電池の燃料ガス流量調節弁6
の遮断動作と協調して燃料ガスの流路を確保するよう燃
料ガスバイパス弁8を制御し、同様に、酸化ガス流量調
節弁7の遮断動作と協調して酸化ガスの流路を確保する
よう酸化ガスバイパス弁9を制御する。そして、異常発
生した燃料電池の発電停止に伴い、燃料改質装置2から
供給される燃料ガスの減少と協調して燃料ガスバイパス
弁8を遮断制御し、同様に、酸化ガス供給装置3から供
給される酸化ガスの減少と協調して酸化ガスバイパス弁
9を遮断制御する。
【0012】本実施例によれば、異常発生した燃料電池
へ供給される予定であった燃料ガスと酸化ガスのバイパ
ス流路が確保され、燃料改質装置2と酸化ガス供給装置
3から供給されるガス量と、健全な燃料電池へ供給され
るガス量および異常な燃料電池をバイパスするガス量の
合計に差を生じないので、燃料ガス供給圧力・酸化ガス
供給圧力は変動せず、健全な燃料電池に極間差圧増加等
の悪影響を与えることなく燃料電池発電システムの安定
運転が継続可能で、燃料電池の長寿命化を図ることがで
きる。
【0013】(実施例2)図2は、本発明の実施例2に
よる燃料電池発電システムの概略構成を示している。本
実施例の特徴は、燃料ガス遮断弁101〜10Nと、酸化
ガス遮断弁111〜11N を備え、燃料ガス流量調節弁
6の後流に燃料ガスバイパス弁8が接続され、酸化ガス
流量調節弁7の後流に酸化ガスバイパス弁9が接続され
ていることである。バイパス制御装置5は、異常信号が
入力されると当該燃料電池の燃料ガス遮断弁10の遮断
動作と協調して燃料ガスの流路を確保するよう燃料ガス
バイパス弁8を制御し、同様に、酸化ガス遮断弁11の
遮断動作と協調して酸化ガスの流路を確保するよう酸化
ガスバイパス弁9を制御する。そして、異常発生した燃
料電池の発電停止に伴い、燃料改質装置2から供給され
る燃料ガスの減少と協調して燃料ガス流量調節弁6を遮
断制御し、同様に、酸化ガス供給装置3から供給される
酸化ガスの減少と協調して酸化ガス流量調節弁7を遮断
制御する。本実施例の場合も、実施例1と同様の効果が
ある。
【0014】(実施例3)図3は、本発明の実施例3に
よる燃料電池発電システムの概略構成を示している。本
実施例の特徴は、燃料電池発電システム内の複数の燃料
電池がグループ化され、各グループ単位に燃料ガス流量
調節弁61〜6Mと、酸化ガス流量調節弁71〜7Mと、燃
料ガスバイパス弁81〜8Mと、酸化ガスバイパス弁91
〜9Mと、を備えていることである。
【0015】動作は、実施例1の動作と同じである。本
実施例の場合も、実施例1と同様の効果がある。
【0016】(実施例4)図4は、本発明の実施例4に
よる燃料電池発電システムの概略構成を示している。本
実施例の特徴は、燃料電池発電システム内の複数の燃料
電池がグループ化され、各グループ単位に燃料ガス流量
調節弁61〜6Mと、酸化ガス流量調節弁71〜7Mと、燃
料ガスバイパス弁81〜8Mと、酸化ガスバイパス弁91
〜9Mと、燃料ガス遮断弁101〜10Mと、酸化ガス遮
断弁111〜11Mと、を備えていることである。動作は
実施例2の動作と同じである。本実施例の場合も、実施
例1と同様の効果がある。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
異常発生した燃料電池への燃料ガスと酸化ガスを遮断し
ても、燃料改質装置または酸化ガス供給装置から供給さ
れるガス量と、健全な燃料電池へ供給されるガス量およ
び異常な燃料電池をバイパスするガス量の合計に差を生
じないので、燃料ガス供給圧力・酸化ガス供給圧力は変
動せず、健全な燃料電池に極間差圧増加等の悪影響を与
えることなく燃料電池発電システムの安定運転が継続可
能で、燃料電池の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による燃料電池発電システム
の概略構成図である。
【図2】本発明の実施例2による燃料電池発電システム
の概略構成図である。
【図3】本発明の実施例3による燃料電池発電システム
の概略構成図である。
【図4】本発明の実施例4による燃料電池発電システム
の概略構成図である。
【図5】従来技術による燃料電池発電システムの概略構
成図である。
【符号の説明】
1…積層された燃料電池、1A…燃料極、1B…空気
極、2…燃料改質装置、3…酸化ガス供給装置、4…燃
料電池異常検出装置、5…バイパス制御装置、6…燃料
ガス流量調節弁、7…酸化ガス流量調節弁、8…燃料ガ
スバイパス弁、9…酸化ガスバイパス弁、10…燃料ガ
ス遮断弁、11…酸化ガス遮断弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 義明 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 田中 博勝 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応により
    発電する複数の燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガス
    を供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸
    化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池へ
    供給する燃料ガス流量を制御する複数の燃料ガス流量制
    御手段と、前記燃料電池へ供給する酸化ガス流量を制御
    する複数の酸化ガス流量制御手段と、を備えた燃料電池
    発電システムにおいて、前記燃料電池の異常を検出する
    燃料電池異常検出装置と、前記燃料ガス流量制御手段で
    制御された燃料ガスを前記燃料電池へ供給せずバイパス
    する燃料ガスバイパス手段と、前記酸化ガス流量制御手
    段で制御された酸化ガスを前記燃料電池へ供給せずバイ
    パスして流す酸化ガスバイパス手段と、前記燃料電池異
    常検出装置で検出した異常信号を入力して前記燃料ガス
    バイパス手段と前記酸化ガスバイパス手段を制御するバ
    イパス制御装置と、を備えたことを特徴とする燃料電池
    発電システム。
  2. 【請求項2】請求項1の燃料電池発電システムにおい
    て、前記燃料電池の異常を検出する燃料電池異常検出装
    置と、前記燃料ガス流量制御手段で制御された燃料ガス
    を前記燃料電池へ供給せずバイパスする燃料ガスバイパ
    ス手段と、前記酸化ガス流量制御手段で制御された酸化
    ガスを前記燃料電池へ供給せずバイパスして流す酸化ガ
    スバイパス手段と、前記燃料電池へ燃料ガスの供給を遮
    断する燃料ガス遮断手段と、前記燃料電池へ酸化ガスの
    供給を遮断する酸化ガス遮断手段と、前記燃料電池異常
    検出装置で検出した異常信号を入力して前記燃料ガスバ
    イパス手段と前記酸化ガスバイパス手段と前記燃料ガス
    遮断手段と前記酸化ガス遮断手段を制御するバイパス制
    御装置と、を備えたことを特徴とする燃料電池発電シス
    テム。
  3. 【請求項3】燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応により
    発電する複数の燃料電池と、該燃料電池に前記燃料ガス
    を供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池に前記酸
    化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記燃料電池を
    グループ化し各グループへ供給する燃料ガス流量を制御
    する複数の燃料ガス流量制御手段と、前記燃料電池をグ
    ループ化し各グループへ供給する酸化ガス流量を制御す
    る複数の酸化ガス流量制御手段と、を備えた燃料電池発
    電システムにおいて、前記燃料電池の異常を検出する燃
    料電池異常検出装置と、前記燃料ガス流量制御手段で制
    御された燃料ガスを前記燃料電池グループへ供給せずバ
    イパスする燃料ガスバイパス手段と、前記酸化ガス流量
    制御手段で制御された酸化ガスを前記燃料電池グループ
    へ供給せずバイパスして流す酸化ガスバイパス手段と、
    前記燃料電池異常検出装置で検出した異常信号を入力し
    て前記燃料ガスバイパス手段と前記酸化ガスバイパス手
    段を制御するバイパス制御装置と、を備えたことを特徴
    とする燃料電池発電システム。
  4. 【請求項4】請求項3の燃料電池発電システムにおい
    て、前記燃料電池の異常を検出する燃料電池異常検出装
    置と、前記燃料ガス流量制御手段で制御された燃料ガス
    を前記燃料電池グループへ供給せずバイパスする燃料ガ
    スバイパス手段と、前記酸化ガス流量制御手段で制御さ
    れた酸化ガスを前記燃料電池グループへ供給せずバイパ
    スして流す酸化ガスバイパス手段と、前記燃料電池グル
    ープへ燃料ガスの供給を遮断する燃料ガス遮断手段と、
    前記燃料電池グループへ酸化ガスの供給を遮断する酸化
    ガス遮断手段と、前記燃料電池異常検出装置で検出した
    異常信号を入力して前記燃料ガスバイパス手段と前記酸
    化ガスバイパス手段と前記燃料ガス遮断手段と前記酸化
    ガス遮断手段を制御するバイパス制御装置と、を備えた
    ことを特徴とする燃料電池発電システム。
JP9054413A 1997-03-10 1997-03-10 燃料電池発電システム Pending JPH10255827A (ja)

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JP (1) JPH10255827A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009301998A (ja) * 2008-06-17 2009-12-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009301998A (ja) * 2008-06-17 2009-12-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
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