JPH117971A - 中、大容量燃料電池発電装置 - Google Patents
中、大容量燃料電池発電装置Info
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- JPH117971A JPH117971A JP9161111A JP16111197A JPH117971A JP H117971 A JPH117971 A JP H117971A JP 9161111 A JP9161111 A JP 9161111A JP 16111197 A JP16111197 A JP 16111197A JP H117971 A JPH117971 A JP H117971A
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- 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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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分散配置用電源としての集合型燃料電池スタ
ックプラントを設計する上で、ガス配管の組合せと電気
的接続の組合せを適正化すると共に、ガス配管内の圧損
を減少させる。 【解決手段】 複数の燃料電池スタックよりなるスタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列と並列とを
組み合わせて連結して燃料ガス及び空気ガスを燃料電池
スタックに供給し、しかもスタック群の電気的接続を燃
料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直列
の組み合わせより構成し、燃料配管を直列に接続したス
タック間の上流スタック（群）の電池内燃料ガス流路断
面積を、下流スタック（群）の電池内燃料ガス流路断面
積よりも大きくするか、あるいは空気配管を直列に接続
したスタック間の下流スタック（群）の電池内空気ガス
流路断面積を、上流スタック（群）の電池内空気ガス流
路断面積よりも大きくした。
ックプラントを設計する上で、ガス配管の組合せと電気
的接続の組合せを適正化すると共に、ガス配管内の圧損
を減少させる。 【解決手段】 複数の燃料電池スタックよりなるスタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列と並列とを
組み合わせて連結して燃料ガス及び空気ガスを燃料電池
スタックに供給し、しかもスタック群の電気的接続を燃
料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直列
の組み合わせより構成し、燃料配管を直列に接続したス
タック間の上流スタック（群）の電池内燃料ガス流路断
面積を、下流スタック（群）の電池内燃料ガス流路断面
積よりも大きくするか、あるいは空気配管を直列に接続
したスタック間の下流スタック（群）の電池内空気ガス
流路断面積を、上流スタック（群）の電池内空気ガス流
路断面積よりも大きくした。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、発電容量が中、大
容量規模の燃料電池発電装置に関する。
容量規模の燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】１ＭＷ級以上の分散配置燃料電池では、
１スタックの発電容量が５００ｋＷ〜８００ｋＷ程度で
あるために、一つの燃料電池発電装置に複数台の燃料電
池スタックを設置することになる。
１スタックの発電容量が５００ｋＷ〜８００ｋＷ程度で
あるために、一つの燃料電池発電装置に複数台の燃料電
池スタックを設置することになる。
【０００３】一般的に、分散配置電源は都市近郊に設置
されることから、その設置面積を最小限にする必要があ
る。設置面積低減を目的としたコンパクト化を行うため
には、複数台の燃料電池スタック間で配管連結を行い、
配管引き回しに必要な空間面積をできるだけ減らすこと
が不可欠となる。
されることから、その設置面積を最小限にする必要があ
る。設置面積低減を目的としたコンパクト化を行うため
には、複数台の燃料電池スタック間で配管連結を行い、
配管引き回しに必要な空間面積をできるだけ減らすこと
が不可欠となる。
【０００４】一方、中、大容量燃料電池発電装置向けの
燃料電池スタックは、１スタックで可及的に大きな容量
の発電能力を持つことが望ましい。そのために、１ｍ2
級の大面積の電極面積を有する電池を採用しており、１
スタック当たりの発電電流容量は２、０００Ａ以上にも
なる。
燃料電池スタックは、１スタックで可及的に大きな容量
の発電能力を持つことが望ましい。そのために、１ｍ2
級の大面積の電極面積を有する電池を採用しており、１
スタック当たりの発電電流容量は２、０００Ａ以上にも
なる。
【０００５】特開昭５９−１４９６６２号公報に記載さ
れた従来例では、図７に示すように、複数台の燃料電池
スタックの燃料供給配管を全て直列に連結し、空気配管
は個々のスタックに全て並列に接続した上で、電気的に
並列に接続している。この場合には、以下の問題があ
る。
れた従来例では、図７に示すように、複数台の燃料電池
スタックの燃料供給配管を全て直列に連結し、空気配管
は個々のスタックに全て並列に接続した上で、電気的に
並列に接続している。この場合には、以下の問題があ
る。
【０００６】（１） 電気的に並列に接続されるスタッ
ク数が多く、総電流容量が過大になる。１スタック当た
りで２、０００Ａ以上の電流容量であり、全てのスタッ
クを並列にするため総電流用量はスタック台数分の積に
なり、数ＭＷ級の発電装置では、１０ＫＡ以上の過大な
電流容量になる。そのため、配線抵抗ロスによる発電効
率低下やインバータ装置コストの増大が問題であった。
ク数が多く、総電流容量が過大になる。１スタック当た
りで２、０００Ａ以上の電流容量であり、全てのスタッ
クを並列にするため総電流用量はスタック台数分の積に
なり、数ＭＷ級の発電装置では、１０ＫＡ以上の過大な
電流容量になる。そのため、配線抵抗ロスによる発電効
率低下やインバータ装置コストの増大が問題であった。
【０００７】（２） 電池内流路圧損が過大になる。特
に、常圧動作の燃料電池発電装置で問題になる。１ｍ2
級の電池では、燃料ガスの電池内流路圧損は２００ｍｍ
Ａｑ程度であり、燃料ガスを全て直列にした場合の全流
路圧損は、個々のスタック内流路圧損のスタック台数分
の積になり、数ＭＷ級の発電装置では、１、０００ｍｍ
Ａｑを越える圧力損失を生じる。その圧力損失分だけ、
最も上流に位置するスタックの燃料入口圧力が増大する
ことになり、電池マニホールドヘッダからのガスのリー
ク量増大が問題であった。
に、常圧動作の燃料電池発電装置で問題になる。１ｍ2
級の電池では、燃料ガスの電池内流路圧損は２００ｍｍ
Ａｑ程度であり、燃料ガスを全て直列にした場合の全流
路圧損は、個々のスタック内流路圧損のスタック台数分
の積になり、数ＭＷ級の発電装置では、１、０００ｍｍ
Ａｑを越える圧力損失を生じる。その圧力損失分だけ、
最も上流に位置するスタックの燃料入口圧力が増大する
ことになり、電池マニホールドヘッダからのガスのリー
ク量増大が問題であった。
【０００８】また、特開昭５９−１４９６６３号公報に
記載された従来例では、図８に示すように、空気配管と
燃料配管とを直列に連結し、しかもそれらを電気的に直
列接続している。この場合には、次の問題がある。
記載された従来例では、図８に示すように、空気配管と
燃料配管とを直列に連結し、しかもそれらを電気的に直
列接続している。この場合には、次の問題がある。
【０００９】（３） 空気配管を直列接続すると共に電
気配線も直列接続するので、下流スタックの特性が低下
する。スタック間で空気配管を直列に接続した場合、下
流スタックほど低濃度の酸素が供給されるため、セル特
性が低下する。それにも拘わらず、電気的に直列接続さ
せてしまうと、濃度の異なる酸素が供給されているスタ
ック間で同じ電流が流れることになり、下流側におい
て、特性の低いスタックで特性低下を引き起こし、セル
を損傷させるという問題がある。
気配線も直列接続するので、下流スタックの特性が低下
する。スタック間で空気配管を直列に接続した場合、下
流スタックほど低濃度の酸素が供給されるため、セル特
性が低下する。それにも拘わらず、電気的に直列接続さ
せてしまうと、濃度の異なる酸素が供給されているスタ
ック間で同じ電流が流れることになり、下流側におい
て、特性の低いスタックで特性低下を引き起こし、セル
を損傷させるという問題がある。
【００１０】（４） 電池内流路圧損が過大になる。空
気配管を直列接続すると、燃料ガスより粘度の低い空気
では、燃料の場合よりも更に電池内圧力損失増大が顕著
になり、数ＭＷ級の発電装置では、事実上採用すること
ができないほどの圧力上昇を引き起こす。
気配管を直列接続すると、燃料ガスより粘度の低い空気
では、燃料の場合よりも更に電池内圧力損失増大が顕著
になり、数ＭＷ級の発電装置では、事実上採用すること
ができないほどの圧力上昇を引き起こす。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来例
では、複数台のスタックを連結する方法として、単純な
直列、並列接続の方法を採っており、そのために総電流
容量の増大や圧損増大、特性低下などの問題点があるこ
とが判っている。
では、複数台のスタックを連結する方法として、単純な
直列、並列接続の方法を採っており、そのために総電流
容量の増大や圧損増大、特性低下などの問題点があるこ
とが判っている。
【００１２】この発明は上述したような問題点を解決す
るためになされたものであり、複数台のスタックを過大
な圧損増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連
結することが可能であるとともに、セル特性の低下を防
止するために、スタック間の電気的接続を適正化するこ
とにより、発電効率の低下や信頼性の低下を惹起するこ
となく全体構成をコンパクト化することができ、さらに
ガス配管内の圧損を低減し得る中、大容量燃料電池発電
装置を提供することを目的とする。
るためになされたものであり、複数台のスタックを過大
な圧損増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連
結することが可能であるとともに、セル特性の低下を防
止するために、スタック間の電気的接続を適正化するこ
とにより、発電効率の低下や信頼性の低下を惹起するこ
となく全体構成をコンパクト化することができ、さらに
ガス配管内の圧損を低減し得る中、大容量燃料電池発電
装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る中、大容量燃料電池発電装置は、燃料電池スタック群
の燃料配管及び空気配管の接続を、直列と並列とを組み
合わせて連結して燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタ
ックに供給し、しかも前記スタック群の電気的接続を前
記燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と
直列の組み合わせにより構成し、前記燃料配管を直列に
接続したスタック間の上流スタックまたは上流スタック
群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタックまたは
下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積よりも大き
くしたものである。
る中、大容量燃料電池発電装置は、燃料電池スタック群
の燃料配管及び空気配管の接続を、直列と並列とを組み
合わせて連結して燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタ
ックに供給し、しかも前記スタック群の電気的接続を前
記燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と
直列の組み合わせにより構成し、前記燃料配管を直列に
接続したスタック間の上流スタックまたは上流スタック
群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタックまたは
下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積よりも大き
くしたものである。
【００１４】この発明の請求項２に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、燃料電池スタック群の燃料配管及び空
気配管の接続を、直列と並列とを組み合わせて連結して
燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し、し
かも前記スタック群の電気的接続を前記燃料配管及び空
気配管の接続方法に対応させて並列と直列の組み合わせ
により構成し、前記空気配管を直列に接続したスタック
間の下流スタックまたは下流スタック群の電池内空気ガ
ス流路断面積を、上流スタックまたは上流スタック群の
電池内燃料ガス流路断面積よりも大きくしたものであ
る。
電池発電装置は、燃料電池スタック群の燃料配管及び空
気配管の接続を、直列と並列とを組み合わせて連結して
燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し、し
かも前記スタック群の電気的接続を前記燃料配管及び空
気配管の接続方法に対応させて並列と直列の組み合わせ
により構成し、前記空気配管を直列に接続したスタック
間の下流スタックまたは下流スタック群の電池内空気ガ
ス流路断面積を、上流スタックまたは上流スタック群の
電池内燃料ガス流路断面積よりも大きくしたものであ
る。
【００１５】この発明の請求項３に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、燃料電池スタック群の燃料配管及び空
気配管の接続を、直列と並列とを組み合わせて連結して
燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し、し
かも前記スタック群の電気的接続を前記燃料配管及び空
気配管の接続方法に対応させて並列と直列の組み合わせ
により構成し、前記燃料配管を直列に接続したスタック
間の上流スタックまたは上流スタック群の電池内燃料ガ
ス流路断面積を、下流スタックまたは下流スタック群の
電池内燃料ガス流路断面積よりも大きくすると共に、前
記空気配管を直列に接続したスタック間の下流スタック
または下流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、
上流スタックまたは上流スタック群の電池内空気ガス流
路断面積よりも大きくしたものである。
電池発電装置は、燃料電池スタック群の燃料配管及び空
気配管の接続を、直列と並列とを組み合わせて連結して
燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し、し
かも前記スタック群の電気的接続を前記燃料配管及び空
気配管の接続方法に対応させて並列と直列の組み合わせ
により構成し、前記燃料配管を直列に接続したスタック
間の上流スタックまたは上流スタック群の電池内燃料ガ
ス流路断面積を、下流スタックまたは下流スタック群の
電池内燃料ガス流路断面積よりも大きくすると共に、前
記空気配管を直列に接続したスタック間の下流スタック
または下流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、
上流スタックまたは上流スタック群の電池内空気ガス流
路断面積よりも大きくしたものである。
【００１６】この発明の請求項４に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、２台の燃料電池スタックより構成され、それら
の燃料電池スタックの空気配管を直列に接続すると共に
燃料配管を並列に接続し、しかもそれらの燃料電池スタ
ックを電気的には並列に接続したものである。
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、２台の燃料電池スタックより構成され、それら
の燃料電池スタックの空気配管を直列に接続すると共に
燃料配管を並列に接続し、しかもそれらの燃料電池スタ
ックを電気的には並列に接続したものである。
【００１７】この発明の請求項５に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、２台の燃料電池スタックより構成され、それら
の燃料電池スタックの燃料配管を直列に接続する共に空
気配管を並列に接続し、しかもそれらの燃料電池スタッ
クを電気的には直列に接続したものである。
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、２台の燃料電池スタックより構成され、それら
の燃料電池スタックの燃料配管を直列に接続する共に空
気配管を並列に接続し、しかもそれらの燃料電池スタッ
クを電気的には直列に接続したものである。
【００１８】この発明の請求項６に係る中、大容量燃料
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、４台の燃料電池スタックより構成され、各燃料
電池スタックの燃料配管と空気配管を格子状に接続し、
しかも前記空気配管を直列に接続した燃料電池スタック
は電気的に並列に接続し、前記燃料配管を直列に接続し
た燃料電池スタックは電気的に直列に接続したものであ
る。
電池発電装置は、前記燃料電池スタック群が、最小単位
として、４台の燃料電池スタックより構成され、各燃料
電池スタックの燃料配管と空気配管を格子状に接続し、
しかも前記空気配管を直列に接続した燃料電池スタック
は電気的に並列に接続し、前記燃料配管を直列に接続し
た燃料電池スタックは電気的に直列に接続したものであ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。 実施の形態１．先ず、図１は本発明の実施の形態１によ
る中、大容量燃料電池発電装置を示す概略構成図であ
る。図１において、中、大容量燃料電池発電装置は２つ
の燃料電池スタック１−ａ、１−ｂを備え、これらの燃
料電池スタック１−ａ、１−ｂは、空気配管２を並列に
連結し、燃料配管３を直列に接続した上で、電気的に直
列に接続されており、燃料側の配管の引き回し空間を低
減することができる。図１の（ａ）は空気配管２及び燃
料配管３の接続方法を表したものであり、図１の（ｂ）
は各々のスタック１−ａ、１−ｂの電気的な接続方法を
表したものである。
の実施の形態について説明する。 実施の形態１．先ず、図１は本発明の実施の形態１によ
る中、大容量燃料電池発電装置を示す概略構成図であ
る。図１において、中、大容量燃料電池発電装置は２つ
の燃料電池スタック１−ａ、１−ｂを備え、これらの燃
料電池スタック１−ａ、１−ｂは、空気配管２を並列に
連結し、燃料配管３を直列に接続した上で、電気的に直
列に接続されており、燃料側の配管の引き回し空間を低
減することができる。図１の（ａ）は空気配管２及び燃
料配管３の接続方法を表したものであり、図１の（ｂ）
は各々のスタック１−ａ、１−ｂの電気的な接続方法を
表したものである。
【００２０】次にその動作原理について説明する。燃料
電池の寿命安定性のためには、燃料ガスの水素の安定供
給が不可欠である。もし、セル内で水素の不足する領域
が発生した場合は、直ちに電極の腐食を生じて著しい特
性低下を引き起こしてしまう。そのために、従来から単
一のスタック内で、セル面内の燃料流路を２〜３分割し
て燃料をリターンさせて流す「リターンフロー」と呼ば
れる方式や、スタックの上下を分割して上流スタックに
一度燃料を流した後でその排ガスを下流スタックに供給
する「シリアルフロー」と呼ばれる方式などが採用され
てきた。これらはいずれも単位面積当たりの燃料実効利
用率を低減させることにより、セル面内の水素欠乏領域
の発生を防止するために考案されてきたものである。こ
のような方式は単一のスタックに必要なものであるが、
複数スタックで構成される燃料電池発電装置で各々のス
タックにこうした方式を採用することは無駄である。
電池の寿命安定性のためには、燃料ガスの水素の安定供
給が不可欠である。もし、セル内で水素の不足する領域
が発生した場合は、直ちに電極の腐食を生じて著しい特
性低下を引き起こしてしまう。そのために、従来から単
一のスタック内で、セル面内の燃料流路を２〜３分割し
て燃料をリターンさせて流す「リターンフロー」と呼ば
れる方式や、スタックの上下を分割して上流スタックに
一度燃料を流した後でその排ガスを下流スタックに供給
する「シリアルフロー」と呼ばれる方式などが採用され
てきた。これらはいずれも単位面積当たりの燃料実効利
用率を低減させることにより、セル面内の水素欠乏領域
の発生を防止するために考案されてきたものである。こ
のような方式は単一のスタックに必要なものであるが、
複数スタックで構成される燃料電池発電装置で各々のス
タックにこうした方式を採用することは無駄である。
【００２１】こうしたことから、燃料配管３を直列に連
結することでコンパクト化を図れる上に、上述のような
燃料実効利用率の低減効果をもたらして、電池寿命の向
上を図ることができる。次にその効果について説明す
る。
結することでコンパクト化を図れる上に、上述のような
燃料実効利用率の低減効果をもたらして、電池寿命の向
上を図ることができる。次にその効果について説明す
る。
【００２２】図２に２つのスタックの空気配管２を並列
に接続し、電気的に直列に接続した状態で、燃料配管３
を並列に接続した場合と直列に接続した場合の実効の燃
料利用率の状態を示す。全体の燃料利用率を８０％に設
定した場合、並列接続の際は各々のスタックで同じ８０
％利用率になっている。これに対し、燃料配管３を直列
に接続した場合は、上流側は実効利用率で４０％に、下
流側でも実効利用率で６７％にまで低減できることが判
る。
に接続し、電気的に直列に接続した状態で、燃料配管３
を並列に接続した場合と直列に接続した場合の実効の燃
料利用率の状態を示す。全体の燃料利用率を８０％に設
定した場合、並列接続の際は各々のスタックで同じ８０
％利用率になっている。これに対し、燃料配管３を直列
に接続した場合は、上流側は実効利用率で４０％に、下
流側でも実効利用率で６７％にまで低減できることが判
る。
【００２３】この場合、電気的に直列に接続しても、実
効利用率が十分に低減されて水素欠乏の心配がない。し
かも、電極活性が酸素濃度に依存しても水素濃度には殆
ど依存しないことが判っているので、燃料配管直列連結
の場合の上流側と下流側とで電極活性が顕著に変わるこ
とはない。そのため、電気的に並列に連結しても両スタ
ックで殆ど同じ電流が流れるので、電気的に並列に接続
する意義がない。むしろ、電気的に並列化することによ
り総電流上昇による配線ロスやインバータ容量増大など
の弊害が無視できないため、燃料配管３を直列に連結し
たスタック間では電気的に直列に接続した方が有利であ
る。
効利用率が十分に低減されて水素欠乏の心配がない。し
かも、電極活性が酸素濃度に依存しても水素濃度には殆
ど依存しないことが判っているので、燃料配管直列連結
の場合の上流側と下流側とで電極活性が顕著に変わるこ
とはない。そのため、電気的に並列に連結しても両スタ
ックで殆ど同じ電流が流れるので、電気的に並列に接続
する意義がない。むしろ、電気的に並列化することによ
り総電流上昇による配線ロスやインバータ容量増大など
の弊害が無視できないため、燃料配管３を直列に連結し
たスタック間では電気的に直列に接続した方が有利であ
る。
【００２４】このように、燃料配管３を直列に連結した
ことで、コンパクト化が図れる上に、燃料実効利用率が
低減できて電池寿命の向上を図ることができ、しかも電
気的に直列に接続することにより、配線ロスやインバー
タ容量増大などの弊害を抑制することができる。
ことで、コンパクト化が図れる上に、燃料実効利用率が
低減できて電池寿命の向上を図ることができ、しかも電
気的に直列に接続することにより、配線ロスやインバー
タ容量増大などの弊害を抑制することができる。
【００２５】ところで、燃料ガスをスタック間で直列に
流した場合、並列に流したときよりも電池内流路を流れ
るガス量が２倍になることによる流路圧損は、並列に流
したときよりも、各々のスタックで２倍弱の圧力損失に
なる。しかも直列に流すために、上流側に位置するスタ
ックのガス入口部では、並列に流しているときの圧力よ
りも４倍も高い圧力になってしまう。この様子を図３に
示す。並列に流した場合には、出口圧力が１６０ｍｍＡ
ｑで、流路圧損は各々のスタックで９０ｍｍＡｑであっ
たため、燃料入口では燃料ガスの圧力は２５０ｍｍＡｑ
にしかならない。これが、燃料配管３を直列に接続した
場合には、下流側流路圧損が１８０ｍｍＡｑになるため
に、下流側入口で燃料ガス圧力が３５０ｍｍＡｑにまで
上昇する。しかも上流側では、さらに高い流路圧損とな
る２５０ｍｍＡｑの圧損が生じてしまっていた。そのた
め、上流スタックの燃料入口では６００ｍｍＡｑにまで
圧力上昇してしまうことになった。燃料側において、上
流スタックでの圧損が下流スタックの圧損よりも大きく
なる理由は、図２に示すような水素の消費があるからで
ある。上流スタックでは、正味２スタック分の燃料ガス
が供給されるが、下流スタックでは、上流スタックでの
水素の消費があるために、ガス量が水素の消費分だけ減
少する。このために、流れるガス量が上流側の方が多く
なり、流路圧損は上流側の方が大きくなる。
流した場合、並列に流したときよりも電池内流路を流れ
るガス量が２倍になることによる流路圧損は、並列に流
したときよりも、各々のスタックで２倍弱の圧力損失に
なる。しかも直列に流すために、上流側に位置するスタ
ックのガス入口部では、並列に流しているときの圧力よ
りも４倍も高い圧力になってしまう。この様子を図３に
示す。並列に流した場合には、出口圧力が１６０ｍｍＡ
ｑで、流路圧損は各々のスタックで９０ｍｍＡｑであっ
たため、燃料入口では燃料ガスの圧力は２５０ｍｍＡｑ
にしかならない。これが、燃料配管３を直列に接続した
場合には、下流側流路圧損が１８０ｍｍＡｑになるため
に、下流側入口で燃料ガス圧力が３５０ｍｍＡｑにまで
上昇する。しかも上流側では、さらに高い流路圧損とな
る２５０ｍｍＡｑの圧損が生じてしまっていた。そのた
め、上流スタックの燃料入口では６００ｍｍＡｑにまで
圧力上昇してしまうことになった。燃料側において、上
流スタックでの圧損が下流スタックの圧損よりも大きく
なる理由は、図２に示すような水素の消費があるからで
ある。上流スタックでは、正味２スタック分の燃料ガス
が供給されるが、下流スタックでは、上流スタックでの
水素の消費があるために、ガス量が水素の消費分だけ減
少する。このために、流れるガス量が上流側の方が多く
なり、流路圧損は上流側の方が大きくなる。
【００２６】圧力上昇は、上述したように、マニホール
ドヘッダからのガス漏れ量増大の原因となり、またマニ
ホールドヘッダの強度を高くするためのコスト増を招く
ため、できるだけ低い圧力での運転が望ましい。
ドヘッダからのガス漏れ量増大の原因となり、またマニ
ホールドヘッダの強度を高くするためのコスト増を招く
ため、できるだけ低い圧力での運転が望ましい。
【００２７】こうした現象を考慮して、本実施の形態１
では、燃料配管３の上流側の流路断面積を下流側の２倍
の面積に拡大させた。その結果、図５に示すような圧力
低減が得られた。すなわち、上流側の燃料配管３の流路
断面積を２倍にすることのより、上流側の圧力損失を１
／４に減少させることができた。流路断面積は、電池電
極内での電気的な接触面積やガス拡散に関わる要因に影
響を及ぼすため、むやみには大きくはできないが、より
効率的に圧損低減を行うためには、燃料側においては、
上流側の流路断面積を拡大するのが効果的である。
では、燃料配管３の上流側の流路断面積を下流側の２倍
の面積に拡大させた。その結果、図５に示すような圧力
低減が得られた。すなわち、上流側の燃料配管３の流路
断面積を２倍にすることのより、上流側の圧力損失を１
／４に減少させることができた。流路断面積は、電池電
極内での電気的な接触面積やガス拡散に関わる要因に影
響を及ぼすため、むやみには大きくはできないが、より
効率的に圧損低減を行うためには、燃料側においては、
上流側の流路断面積を拡大するのが効果的である。
【００２８】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２による中、大容量燃料電池発電装置を示す概略構成図
である。図３において、中、大容量燃料電池発電装置は
２つの燃料電池スタック１−ａ、１−ｂを備え、これら
の燃料電池スタック１−ａ、１−ｂは、空気配管２を直
列に連結し、燃料配管３を並列に接続した上で、電気的
に並列に接続されており、空気側の配管の引き回し空間
を低減することができる。図３の（ａ）は空気配管及び
燃料配管の接続方法を表したものであり、図３の（ｂ）
は各々のスタックの電気的な接続方法を表したものであ
る。
２による中、大容量燃料電池発電装置を示す概略構成図
である。図３において、中、大容量燃料電池発電装置は
２つの燃料電池スタック１−ａ、１−ｂを備え、これら
の燃料電池スタック１−ａ、１−ｂは、空気配管２を直
列に連結し、燃料配管３を並列に接続した上で、電気的
に並列に接続されており、空気側の配管の引き回し空間
を低減することができる。図３の（ａ）は空気配管及び
燃料配管の接続方法を表したものであり、図３の（ｂ）
は各々のスタックの電気的な接続方法を表したものであ
る。
【００２９】次にその動作原理について説明する。ま
ず、「電気化学誌第６４巻６号」に記載されているよう
に、燃料電池の面内の反応分布に関する発明者らの研究
により、セル面内において電流密度分布が存在している
ことが明らかにされている。その様子を図９に示す。図
９は燃料電池セル面内を、短冊状に空気入口から空気出
口まで十分割し、その短冊領域内の各々の電流密度分布
を計算したものである。すなわち、セル全体の平均電流
密度で３００ｍＡ／ｃｍ2で動作している燃料電池セル
においては、空気入口領域では、平均値の１．５倍の４
５０ｍＡ／ｃｍ2まで電流密度が増大しており、空気出
口領域では、平均値の２／３倍の２００ｍＡ／ｃｍ2に
減少していることが示されている。この図９は燃料利用
率８０％、空気利用率６０％で動作させた場合の電流密
度分布である。空気利用率が更に高くなった場合には、
酸素濃度の勾配が増大するため、さらに電流密度分布が
大きく（空気入口と出口の電流密度の差が拡大）なる特
徴がある。
ず、「電気化学誌第６４巻６号」に記載されているよう
に、燃料電池の面内の反応分布に関する発明者らの研究
により、セル面内において電流密度分布が存在している
ことが明らかにされている。その様子を図９に示す。図
９は燃料電池セル面内を、短冊状に空気入口から空気出
口まで十分割し、その短冊領域内の各々の電流密度分布
を計算したものである。すなわち、セル全体の平均電流
密度で３００ｍＡ／ｃｍ2で動作している燃料電池セル
においては、空気入口領域では、平均値の１．５倍の４
５０ｍＡ／ｃｍ2まで電流密度が増大しており、空気出
口領域では、平均値の２／３倍の２００ｍＡ／ｃｍ2に
減少していることが示されている。この図９は燃料利用
率８０％、空気利用率６０％で動作させた場合の電流密
度分布である。空気利用率が更に高くなった場合には、
酸素濃度の勾配が増大するため、さらに電流密度分布が
大きく（空気入口と出口の電流密度の差が拡大）なる特
徴がある。
【００３０】こうした電流密度分布が生じる原因は、燃
料電池電極の活性が酸素濃度に大きく依存することにあ
る。空気入口から供給された空気は、セル内部の反応に
より酸素が消費されていき、酸素濃度が低下している。
酸素濃度の低下は空気入口から空気出口に向かう勾配を
作り、空気入口ほど酸素濃度が高く、空気出口ほど酸素
濃度が小さくなっている。電極活性が酸素濃度に依存す
るため、空気入口は電極活性が高く、空気出口は電極活
性が低くなる。セル面内では、電気的に並列接続された
無数のメッシュセルの接続回路として見ることができ、
並列回路のため、セル面内を構成する全てのメッシュセ
ルの電位は等電位に保持される。活性が異なる電池を並
列に接続した場合、活性の高い電池に流れる電流が大き
く、活性の低い電池に流れる電流が小さくなって平衡化
する。そのために、図９に示すような電流密度分布が発
生すると説明できる。
料電池電極の活性が酸素濃度に大きく依存することにあ
る。空気入口から供給された空気は、セル内部の反応に
より酸素が消費されていき、酸素濃度が低下している。
酸素濃度の低下は空気入口から空気出口に向かう勾配を
作り、空気入口ほど酸素濃度が高く、空気出口ほど酸素
濃度が小さくなっている。電極活性が酸素濃度に依存す
るため、空気入口は電極活性が高く、空気出口は電極活
性が低くなる。セル面内では、電気的に並列接続された
無数のメッシュセルの接続回路として見ることができ、
並列回路のため、セル面内を構成する全てのメッシュセ
ルの電位は等電位に保持される。活性が異なる電池を並
列に接続した場合、活性の高い電池に流れる電流が大き
く、活性の低い電池に流れる電流が小さくなって平衡化
する。そのために、図９に示すような電流密度分布が発
生すると説明できる。
【００３１】こうした現象は、単一スタック内でのセル
面内においてばかりでなく、複数のスタックに空気配管
２を直列に接続した場合にも起こる。図３に示すよう
に、２台のスタックの空気配管を直列に連結させて空気
を直列に流した場合、上流側のスタックでは酸素濃度が
高く、下流側のスタックでは酸素濃度が低くなる。も
し、従来例に示されているように、この状態で各々のス
タックを電気的にも直列に接続した場合、直列接続のた
め同じ電流が両スタックに流れることになる。上述した
ように、電極活性が酸素濃度に依存する性質を持ってい
るため、電極活性の低い下流スタックと電極活性の高い
上流スタックとに、同じ電流が流されてしまうことにな
る。そのために下流側のスタックが過負荷状態となり、
下流側のスタックで過剰に特性低下が起きてしまう。こ
のように、電極活性が酸素濃度に依存するという基本的
な性質を無視した場合、発電効率にも寿命特性にも悪影
響を及ぼすことになる。
面内においてばかりでなく、複数のスタックに空気配管
２を直列に接続した場合にも起こる。図３に示すよう
に、２台のスタックの空気配管を直列に連結させて空気
を直列に流した場合、上流側のスタックでは酸素濃度が
高く、下流側のスタックでは酸素濃度が低くなる。も
し、従来例に示されているように、この状態で各々のス
タックを電気的にも直列に接続した場合、直列接続のた
め同じ電流が両スタックに流れることになる。上述した
ように、電極活性が酸素濃度に依存する性質を持ってい
るため、電極活性の低い下流スタックと電極活性の高い
上流スタックとに、同じ電流が流されてしまうことにな
る。そのために下流側のスタックが過負荷状態となり、
下流側のスタックで過剰に特性低下が起きてしまう。こ
のように、電極活性が酸素濃度に依存するという基本的
な性質を無視した場合、発電効率にも寿命特性にも悪影
響を及ぼすことになる。
【００３２】そのため、酸素濃度の低い下流側では電流
が小さく、酸素濃度が高い上流側では電流が大きくなる
ようにして、適正な電流密度分配がなされるようにする
必要がある。こうしたことから、本実施の形態２のよう
に、各々のスタックを電気的に並列に接続して、酸素濃
度に見合った電流負担がなされるように電気的に接続し
て、下流側の過負荷を防止する。
が小さく、酸素濃度が高い上流側では電流が大きくなる
ようにして、適正な電流密度分配がなされるようにする
必要がある。こうしたことから、本実施の形態２のよう
に、各々のスタックを電気的に並列に接続して、酸素濃
度に見合った電流負担がなされるように電気的に接続し
て、下流側の過負荷を防止する。
【００３３】次に、その効果について説明する。図４に
小型セルによる比較評価試験の結果の一例を示す。図４
では、２台の小型セルを用いて空気配管２を直列に連結
し、燃料配管３は並列に接続したものであり、従来例の
ように電気的に直列に接続した場合と、本実施の形態１
のように電気的に並列に接続した場合との、２台のセル
の電圧の経時変化を示すものである。図４から明らかな
ように、空気配管２を直列に連結した上で電気的に直列
に接続した場合には、下流側のセルは過負荷が掛かって
いるために電圧の低下が大きく寿命特性が低い。そのた
め、全体の平均電圧の低下が電気的に直列に接続した場
合は早くなる。本実施の形態２のように並列に接続した
場合は、酸素濃度に見合った負荷しか掛からないため、
過負荷にならず下流セルの特性低下を防ぐことができて
いることが確認された。
小型セルによる比較評価試験の結果の一例を示す。図４
では、２台の小型セルを用いて空気配管２を直列に連結
し、燃料配管３は並列に接続したものであり、従来例の
ように電気的に直列に接続した場合と、本実施の形態１
のように電気的に並列に接続した場合との、２台のセル
の電圧の経時変化を示すものである。図４から明らかな
ように、空気配管２を直列に連結した上で電気的に直列
に接続した場合には、下流側のセルは過負荷が掛かって
いるために電圧の低下が大きく寿命特性が低い。そのた
め、全体の平均電圧の低下が電気的に直列に接続した場
合は早くなる。本実施の形態２のように並列に接続した
場合は、酸素濃度に見合った負荷しか掛からないため、
過負荷にならず下流セルの特性低下を防ぐことができて
いることが確認された。
【００３４】ところで、空気ガスをスタック間で直列に
流した場合、空気側においては、下式に示すように電池
反応によって発生した水蒸気が酸素の消費を上回って発
生するために、下流になるほど流量が増えるという現象
がある。下式に示すように１／２モルの酸素が消費され
て１モルの水蒸気になることにより、酸素の消費量の２
倍の水蒸気量の発生を伴うため、空気排ガス量が増大す
るわけである。
流した場合、空気側においては、下式に示すように電池
反応によって発生した水蒸気が酸素の消費を上回って発
生するために、下流になるほど流量が増えるという現象
がある。下式に示すように１／２モルの酸素が消費され
て１モルの水蒸気になることにより、酸素の消費量の２
倍の水蒸気量の発生を伴うため、空気排ガス量が増大す
るわけである。
【００３５】２Ｈ+＋１／２Ｏ2＝Ｈ2Ｏ 圧力上昇は、上述したように、マニホールドヘッダから
のガス漏れ量増大の原因となり、またマニホールドヘッ
ダの強度を高くするためのコスト増を招くため、できる
だけ低い圧力での運転が望ましい。
のガス漏れ量増大の原因となり、またマニホールドヘッ
ダの強度を高くするためのコスト増を招くため、できる
だけ低い圧力での運転が望ましい。
【００３６】従って、本実施の形態２のように、空気配
管２を直列に接続した場合には、下流側の流路断面積を
拡大する方が、ガス圧を減少させる上で効果的であるこ
とが判る。
管２を直列に接続した場合には、下流側の流路断面積を
拡大する方が、ガス圧を減少させる上で効果的であるこ
とが判る。
【００３７】実施の形態３．なお、上記実施の形態１で
は、燃料配管３を直列に連結し空気配管２を並列に接続
した上で、電気的に直列に接続する場合について、また
上記実施の形態２では、空気配管２を直列に連結して燃
料配管３は並列に接続した上で、電気的に並列に接続す
る場合について、それぞれ述べたが、本発明の実施の形
態３では、この２つの方式を組み合わせて、図６に示す
ように、空気配管２も燃料配管３も直列に連結するよう
にしたので、空気側の配管も燃料側の配管も両方ともそ
の引き回し空間を低減することができ、さらにコンパク
ト化を図ることができる。
は、燃料配管３を直列に連結し空気配管２を並列に接続
した上で、電気的に直列に接続する場合について、また
上記実施の形態２では、空気配管２を直列に連結して燃
料配管３は並列に接続した上で、電気的に並列に接続す
る場合について、それぞれ述べたが、本発明の実施の形
態３では、この２つの方式を組み合わせて、図６に示す
ように、空気配管２も燃料配管３も直列に連結するよう
にしたので、空気側の配管も燃料側の配管も両方ともそ
の引き回し空間を低減することができ、さらにコンパク
ト化を図ることができる。
【００３８】図６において、１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、
１−ｄは燃料電池スタックを表す。図６の（ａ）は空気
配管２及び燃料配管３の接続方法を表したものであり、
図６の（ｂ）は各々のスタックの電気的な接続方法を表
したものである。
１−ｄは燃料電池スタックを表す。図６の（ａ）は空気
配管２及び燃料配管３の接続方法を表したものであり、
図６の（ｂ）は各々のスタックの電気的な接続方法を表
したものである。
【００３９】次にその動作について説明する。空気配管
３を直列に接続するため、前記実施の形態２で述べたよ
うに連結した各々のスタックについては電気的に並列に
接続する。この連結スタックを２系列並べて燃料配管３
を空気上流と空気下流に分けて並列に供給した上で、空
気上流同士、空気下流同士のスタック群の燃料配管３を
直列に連結し、電気的にも直列に接続している。
３を直列に接続するため、前記実施の形態２で述べたよ
うに連結した各々のスタックについては電気的に並列に
接続する。この連結スタックを２系列並べて燃料配管３
を空気上流と空気下流に分けて並列に供給した上で、空
気上流同士、空気下流同士のスタック群の燃料配管３を
直列に連結し、電気的にも直列に接続している。
【００４０】このような接続をとることで、実施の形態
１と実施の形態２に示す効果を持たせた上で、さらにコ
ンパクト化を図ることができる。
１と実施の形態２に示す効果を持たせた上で、さらにコ
ンパクト化を図ることができる。
【００４１】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、次のような優れた効果が達成されるものである。
ば、次のような優れた効果が達成されるものである。
【００４２】請求項１の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、燃料配
管を直列に接続したスタック間の上流スタックまたは上
流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタ
ックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積
よりも大きくしたので、上流側の燃料ガスの圧力損失を
効率的に減少させることができ、耐圧性の高い燃料配管
を用いなくてもよいため、低コスト化を図ることができ
る。
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、燃料配
管を直列に接続したスタック間の上流スタックまたは上
流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタ
ックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積
よりも大きくしたので、上流側の燃料ガスの圧力損失を
効率的に減少させることができ、耐圧性の高い燃料配管
を用いなくてもよいため、低コスト化を図ることができ
る。
【００４３】請求項２の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、空気配
管を直列に接続したスタック間の下流スタックまたは下
流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、上流スタ
ックまたは上流スタック群の電池内空気ガス流路断面積
よりも大きくしたので、空気側において、電池反応によ
って発生した水蒸気が酸素の消費を上回って発生するた
めに、下流になるほど流量が増えるという現象に効率的
に対処することができ、耐圧性の高い空気配管を用いな
くてもよいため、低コスト化を図ることができる。
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、空気配
管を直列に接続したスタック間の下流スタックまたは下
流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、上流スタ
ックまたは上流スタック群の電池内空気ガス流路断面積
よりも大きくしたので、空気側において、電池反応によ
って発生した水蒸気が酸素の消費を上回って発生するた
めに、下流になるほど流量が増えるという現象に効率的
に対処することができ、耐圧性の高い空気配管を用いな
くてもよいため、低コスト化を図ることができる。
【００４４】請求項３の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、燃料配
管を直列に接続したスタック間の上流スタックまたは上
流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタ
ックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積
よりも大きくすると共に、空気配管を直列に接続したス
タック間の下流スタックまたは下流スタック群の電池内
空気ガス流路断面積を、上流スタックまたは上流スタッ
ク群の電池内空気ガス流路断面積よりも大きくしたの
で、上述したと同様の理由により、耐圧性の高い燃料配
管や空気配管を用いなくてもよいため、一層の低コスト
化を図ることができる。
ク群の燃料配管及び空気配管の接続を直列と並列との組
み合わせにより行って、燃料ガス及び空気を燃料電池ス
タックに供給し、しかも各スタック群の電気的接続を、
燃料配管及び空気配管の接続方法に対応させて並列と直
列の組み合わせにより構成することにより、過大な圧損
増大や電流容量の増大を引き起こすことなしに連結する
ことができるとともに、セル特性の低下を防止すること
ができ、従って、スタック間の電気的接続を適正化する
ことにより、発電効率の低下や信頼性の低下なしに発電
装置をコンパクト化することができる。さらに、燃料配
管を直列に接続したスタック間の上流スタックまたは上
流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流スタ
ックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積
よりも大きくすると共に、空気配管を直列に接続したス
タック間の下流スタックまたは下流スタック群の電池内
空気ガス流路断面積を、上流スタックまたは上流スタッ
ク群の電池内空気ガス流路断面積よりも大きくしたの
で、上述したと同様の理由により、耐圧性の高い燃料配
管や空気配管を用いなくてもよいため、一層の低コスト
化を図ることができる。
【００４５】請求項４の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの空気配管を直列
に接続すると共に燃料配管を並列に接続し、しかもそれ
らの燃料電池スタックを電気的には並列に接続したの
で、下流側のセル（下流側燃料電池スタック）には、酸
素濃度に見合った負荷しか掛からないため過負荷になら
ず、下流側のセルの特性低下を防ぐことができる。
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの空気配管を直列
に接続すると共に燃料配管を並列に接続し、しかもそれ
らの燃料電池スタックを電気的には並列に接続したの
で、下流側のセル（下流側燃料電池スタック）には、酸
素濃度に見合った負荷しか掛からないため過負荷になら
ず、下流側のセルの特性低下を防ぐことができる。
【００４６】請求項５の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの燃料配管を直列
に接続する共に空気配管を並列に接続し、しかもそれら
の燃料電池スタックを電気的には直列に接続したので、
装置全体のコンパクト化が図れる上に、燃料実効利用率
を低減できて電池寿命の向上を図ることができ、しかも
燃料電池スタックを電気的に直列に接続することにより
配線ロスやインバータ容量増大などの弊害を抑制するこ
とができる。
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの燃料配管を直列
に接続する共に空気配管を並列に接続し、しかもそれら
の燃料電池スタックを電気的には直列に接続したので、
装置全体のコンパクト化が図れる上に、燃料実効利用率
を低減できて電池寿命の向上を図ることができ、しかも
燃料電池スタックを電気的に直列に接続することにより
配線ロスやインバータ容量増大などの弊害を抑制するこ
とができる。
【００４７】請求項６の発明によれば、燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、４台の燃料電池スタックより
構成され、各燃料電池スタックの燃料配管と空気配管を
格子状に接続し、しかも前記空気配管を直列に接続した
燃料電池スタックは電気的に並列に接続し、前記燃料配
管を直列に接続した燃料電池スタックは電気的に直列に
接続したので、装置全体の更なるコンパクト化を図るこ
とができる。
ク群が、最小単位として、４台の燃料電池スタックより
構成され、各燃料電池スタックの燃料配管と空気配管を
格子状に接続し、しかも前記空気配管を直列に接続した
燃料電池スタックは電気的に並列に接続し、前記燃料配
管を直列に接続した燃料電池スタックは電気的に直列に
接続したので、装置全体の更なるコンパクト化を図るこ
とができる。
【図１】 本発明の実施の形態１による中、大容量燃料
電池発電装置の概略構成図である。
電池発電装置の概略構成図である。
【図２】 本発明による燃料実効利用率低減効果を示す
グラフである。
グラフである。
【図３】 本発明の実施の形態２による中、大容量燃料
電池発電装置の概略構成図である。
電池発電装置の概略構成図である。
【図４】 実施の形態２の従来例と比較した効果を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】 実施の形態２による効果を示すグラフであ
る。
る。
【図６】 本発明の実施の形態３による中、大容量燃料
電池発電装置の概略構成図である。
電池発電装置の概略構成図である。
【図７】 従来の中、大容量燃料電池発電装置の概略構
成図である。
成図である。
【図８】 従来の他の中、大容量燃料電池発電装置の概
略構成図である。
略構成図である。
【図９】 従来の中、大容量燃料電池発電装置の動作原
理を示す図である。
理を示す図である。
１−ａ、１−ｂ、１−ｃ、１−ｄ 燃料電池スタック、
２ 空気配管、３ 燃料配管。
２ 空気配管、３ 燃料配管。
Claims (6)
- 【請求項１】 複数台の燃料電池スタックを接続してな
る燃料電池スタック群により構成される燃料電池発電装
置において、 前記スタック群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列
と並列とを組み合わせて連結して燃料ガス及び空気を前
記燃料電池スタックに供給し、しかも前記スタック群の
電気的接続を前記燃料配管及び空気配管の接続方法に対
応させて並列と直列の組み合わせにより構成し、前記燃
料配管を直列に接続したスタック間の上流スタックまた
は上流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流
スタックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断
面積よりも大きくしたことを特徴とする中、大容量燃料
電池発電装置。 - 【請求項２】 複数台の燃料電池スタックを接続してな
る燃料電池スタック群により構成される燃料電池発電装
置において、 前記スタック群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列
と並列とを組み合わせて連結して燃料ガス及び空気を前
記燃料電池スタックに供給し、しかも前記スタック群の
電気的接続を前記燃料配管及び空気配管の接続方法に対
応させて並列と直列の組み合わせにより構成し、前記空
気配管を直列に接続したスタック間の下流スタックまた
は下流スタック群の電池内空気ガス流路断面積を、上流
スタックまたは上流スタック群の電池内燃料ガス流路断
面積よりも大きくしたことを特徴とする中、大容量燃料
電池発電装置。 - 【請求項３】 複数台の燃料電池スタックを接続してな
る燃料電池スタック群により構成される燃料電池発電装
置において、 前記スタック群の燃料配管及び空気配管の接続を、直列
と並列とを組み合わせて連結して燃料ガス及び空気を前
記燃料電池スタックに供給し、しかも前記スタック群の
電気的接続を前記燃料配管及び空気配管の接続方法に対
応させて並列と直列の組み合わせにより構成し、前記燃
料配管を直列に接続したスタック間の上流スタックまた
は上流スタック群の電池内燃料ガス流路断面積を、下流
スタックまたは下流スタック群の電池内燃料ガス流路断
面積よりも大きくすると共に、前記空気配管を直列に接
続したスタック間の下流スタックまたは下流スタック群
の電池内空気ガス流路断面積を、上流スタックまたは上
流スタック群の電池内空気ガス流路断面積よりも大きく
したことを特徴とする中、大容量燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の中、
大容量燃料電池発電装置において、前記燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの空気配管を直列
に接続すると共に燃料配管を並列に接続し、しかもそれ
らの燃料電池スタックを電気的には並列に接続したこと
を特徴とする中、大容量燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載の中、
大容量燃料電池発電装置において、前記燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、２台の燃料電池スタックより
構成され、それらの燃料電池スタックの燃料配管を直列
に接続する共に空気配管を並列に接続し、しかもそれら
の燃料電池スタックを電気的には直列に接続したことを
特徴とする中、大容量燃料電池発電装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至３のいずれかに記載の中、
大容量燃料電池発電装置において、前記燃料電池スタッ
ク群が、最小単位として、４台の燃料電池スタックより
構成され、各燃料電池スタックの燃料配管と空気配管を
格子状に接続し、しかも前記空気配管を直列に接続した
燃料電池スタックは電気的に並列に接続し、前記燃料配
管を直列に接続した燃料電池スタックは電気的に直列に
接続したことを特徴とする中、大容量燃料電池発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9161111A JPH117971A (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 中、大容量燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9161111A JPH117971A (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 中、大容量燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH117971A true JPH117971A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15728824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9161111A Abandoned JPH117971A (ja) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | 中、大容量燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH117971A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002260710A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-13 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび燃料電池の反応ガス供給方法 |
| JP2009054597A (ja) * | 2008-10-30 | 2009-03-12 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの反応ガス供給方法 |
| US7582377B2 (en) | 2001-11-15 | 2009-09-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell and method of assembling the same |
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| JP2016115495A (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-23 | 東京瓦斯株式会社 | 多段式燃料電池システム |
-
1997
- 1997-06-18 JP JP9161111A patent/JPH117971A/ja not_active Abandoned
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