JPS6093768A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野１ 本発明は、複数個の燃料電池を使用しｌこ燃料電池発電
装置に係り、１うに、個々の燃ｓ′シ電池に設（〕る電
力端端子用し用ブッシングの引出し１？４造に改良を施
した燃料電池発電装置に関するしので−ある。

Ｅ発明の技術的背景〕 燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学プロ
ヒスで酎化さＵることにより、酸化反応に伴って放出さ
れるエネルギーを直接電気工ネル＝１′、−に変換する
装置行である。この燃料電池を用い／ｅ発電プラン１〜
は、比較的小ざな規模でら発電の熱効率が／１０へ・５
０％にも達し、新鋭火力をはるかにしのぐと期待されて
いる。さらに、近年人さな社会問題になっている公害要
因ＣあるＳＯｘ。

ＮＯｘの排出が極めて少ない、発電ｉ１？Ｙ内に燃焼リ
イクルを含まないので天吊の冷ｊＪ１水を必要どしない
、振動畠が小さいなど、ｌＪ？ｉ］！Ｔ！的に高いエネ
ルギー変換効率が期待てきると共に、騒音・排ガス等の
環境問題が少なく、さらに、負荷変動に対し“Ｃ応答性
が良い等の特長があることから、その開発、実用化の１
σ１究に期待と関心が寄せられている。

この様な燃料電池発電ブラン１−のうち小規模の−しの
は、づてに試作され、実験運転の段階に入っている、１
しかし、入官砧の燃料電池発電プラントの実用化ｌ＼の
最大の鍵は、その（ず４造上及び作業性、或いは輸送上
の制約等があるため、燃料電池の単器容量に大幅’ｃＬ
増加は望めないことより、多数台の燃料電池をいかに効
率良（配設し、その据何スペースを縮小化し、燃オ゛８
１ガス及び電力０１Ｘ了の接続系統をいかに効率化でさ
るかにかかつている。

さＣ１この様＜ｒ燃料電池のＤ；ｉ即を承り断面模型図
を第１図に示した。即ら、−組の多孔買電４ｆＡ１の間
に、リン酸等の電解ｆｌｕを含浸さＵた電解質層２を介
在さけて単電池を形成し、Ｃの単電池の両端面に水系ガ
スト（と空気Ａを連続して供給りる。

この様にＪると、反応生成物及び反応残余物［が外部に
連続して除去されるので発電が長期にわたり継続される
。

また、この様な燃料電池の基本的なｔ：４成は、第２図
に示す通りである。即ち、電Ｗ？質マトリックス層３の
両側に正極４及び負極５が配設されて四角系の板状をな
す単電池が構成され、この単電池を発電装置として使用
づるために、多数の単電池が直列に結合されて積層され
ているが、これら単電池の間には、ガスを供給するため
の満を設りたインクコネクタ６が配設され、前記単電池
と交互に積重ねられているゎこの満イ４インタコネクタ
６には、対向する二側縁に開口する複数の溝が設りられ
てａ３す、−側面の満を流路とりる水系ガス流路７と、
他の側面の溝を流路とづる空気流路８は、ｎいに直行す
る方向に配列されている。

ところで、現在開発が進められている燃料電池・は、第
３図（△〉　（Ｄ）に示°り如く、１−記の様な単電池
を四角柱状に複数個積層してごルスタック９が構成され
、その四周の側面には反応ガス供給用のマニホールド１
０が取トロづられＣいる。このマニホールド１０には、
それぞれ水素ガス供給管７１、水素ガス７ノ１出艙１２
、空気供給管１３及び空気排出管１４が接続されてＪ３
す、水素ガス及び空気は、ヒルスタック９内を矢印△、
Ｂの方向に流れる様に設３Ｉされている。ま／ｃ、ヒル
スタック９の運’Ｍ−湿度は高い１ノが反応論的には好
ましいが、構成材料の耐熱性や電解質の蒸気圧等の制約
から２００’Ｃ前（麦に９０曹ることが望ましい。従っ
て、ヒルスタック９内に埋設された導管内に冷加水を循
環さＩ！て、燃料電池起動時の加熱と、運転中に発生す
る熱を冷ＩＩ　している。即ち、この型の燃＃３１電池
では、第３図（△）に示した様に、冷却水供給管１５及
び冷却水排出管１Ｇが配設され、冷却水ＩＪ、（ごシス
タック９内を破ＦｉＩＣの様に循環している。さらに、
燃料電池の出力は直流で、セルスタック９の１−下端に
配；ｑされた電力端子（正極）１７、電ツノ端′″Ｔ（
負極）１８から、接続導体１９及びブッシング２０を介
しＣタンク２１外に引出される。

以、１、説明した様な燃１′３１宙池の中身は、タンク
２１内に収納され、タンク２１内には、マニホールド１
０やその他からの反応ガスの漏れを抑制づるために窒素
ガス等がＩＪ人され（いる。

［背景技術の問題点１ ところで、１３図（Ａ）（［１）に示した様な燃料電池
においては、その単器容量は単電池面積とその積層個数
に比例りる。しかし、単電池を構成づる多孔質電極板は
、全面均一な厚さに成形づる製作上の制約や、脆い祠質
であることからの積層作業の制約、さらには、全面均一
な締イ・］ツノが（ｑられにくい等の制約Ｊ、す、イの
面Ｔｉ’ｉ　４人幅に増大Ｊることは困難であり、また
単電池の積層個数し輸送上のυ）約或い［Ｊ積層ｆ’ｌ
楽の制約等のため限界があることより、セルスタン２１
個当）、：りの容帛は２００〜５００ｋｗに抑制される
１、従って、入官聞の燃料電池発電プラントの実用化に
際しでは。

数十個或いは数百側の燃わＢＧ池をｆＪｌ設りる必要が
ある。そのため、燃料電池用シｉの１に応万ス配宣、冷
ＩＪｊ水配管及び電ツノ端子をいかに接続りるかにＪ、
って、所要据イ」スペース或いｔ、Ｌ点検・保守作僑−
の難易度、また接続導体の抵抗損失等に大きな影響をＪ
ｊえることに゛なる、。

特に、電力端子及びぞの引出し用のブッシング２０は、
比較的地−［に近い＾さに設【プられることや、イの出
ツノが直流でしかし低電圧で大電流が流れることから、
その接続方法の適否は、点検保守作５（或いは接続導体
の抵抗損失に大きな影響を与える。

しかし、従来から提案され（いるこの種の燃料電池を使
用した光電装買４．１．１−記の様な要望を充分満足・
］るｂのではなく、−での改ＬＪが強く望まれているの
が現状Ｃある１、 ［発明の目的］ 本発明は、」述の如き従来技術の問題ｆ１１を解；肖け
んどし−Ｃ提案されたものに、子の目的は、点検保守イ
リＴ、／ｌ！：容易にりるどノＬに、接続脣イホの抵抗
Ｊｆｌ矢を最小にづ−ることがでさる燃料電池光電装置
を提供（Ｊることにある。

［発明の歇要］ 本発明の燃料電池光電装置は、正・負両極の電力端子引
出し用ブッシングをタンク土部の対向りる側壁部Ｊ、り
並列させてタンク外部へ引出し、これらブッシングを介
して各燃料電池をηいに接続することで、点検・保守時
の安全を確保し、高い出力電圧を得られ、また接続ａ（
木の１１（抗損失を１１］小にし、さらに燃料電池の品
質の安定、製造Ｔ１ストの低減をはかることがでさる様
にしたしのである。

特に、本発明の燃ｌ！１電池光電装冒は、各燃料電池を
隣接器とはその正・負両極が逆向さとなる様に配冒し、
これら燃料電池群をぞの両側部に並行して設けられたタ
フ１〜内の接続導体によって直列に接続して発電ユニッ
トを構成し、さらに複数個の光電ユニツ１〜の電力端子
相Ｈを、前記発雷コニッ１−肝と並行して設置ノられた
母線タフ１〜内の接続導体により並列接続したことにＪ
、す、−！、ニツｌ−ごとの保守点検の作ｆｆ１ｔ！ｌ
向上等の）構成を図ったしのぐある。

［発明の実施例］ 進ｌυで、本発明の一実施例を第４図乃至第６図に基づ
いて具イ４−的に説明りる。／Ｊ、ａ３、第１図乃至第
３図の従来型と同　の部材については、同一符号をｆ・
１シ説明は省略りる１゜ 本実施例の燃Ｆｌ電池発電装置は、第４図に示づ如く、
複数１１６１の燃料電池Ｎを（７１設し、これらの燃料
電池Ｎの電ノコ端子を互いに接続したものである。

各燃斜電ｉｔ！＋　Ｎは、タンク２１内にレルスタック
９を収納したちのＣ１従来の燃料電池と同様にセルスタ
ックτ）の１上端部に正・負両極の電力端子１７．１８
が設ｃＪられているが、これらの電力端子１７．１８は
、第５図の縦断面図に承り如く、タンク２１の下部の対
向りる側壁部に設【ノられた引出し用ブッシング２０ａ
、２０ｂから、タンク２１の外部に引出されている。ま
た、同様に構成された複数個の燃１′３Ｉ電池Ｎは、ｊ
ｌ・負両極の引出し用ブッシング２０ａ、２０ｂの引出
し方向が、隣接器と逆向きとなる様に配設されている。

これら燃料電池群の両側部には、これと並行してダク［
−２２ａ、２２ｂが設【）られ、ぞのダクト２２ａ。

２２Ｆ）の内部には、各燃料電池Ｎより引出されＩこブ
ッシング２０ａ、２０ｂを直列に接続する接続導体２３
が配設されＣいる。

この様な構成の燃料電池発電装置にＪｊい゛（、さらに
多数の燃＄３１　ｆｆ１ｉ池を接続づる場合の配置（？
４成を第６図に示した。即ら、第６図にＪｊいＣは、５
台の燃料電池Ｎがイれぞれの正・負両極の電力端子引出
し用ブッシング２０ａ、２０ｂの引出し方向が隣接器と
逆向きどなる様に配置ｒ１され、前記ブッシング２０ａ
、２０ｂが直列に１＆続され（、−組の発電ユニット２
４が１１＋！成され、その発電二ｌニツ１−２４が複数
セット併設され（いる。各発電ユニット２４の電力引出
し端は同一方向に向けて配列されており、これらの発電
ユニツ１一群の端部に併設されたｆｆＪＦｄダク１〜２
５の内部に組込まれた接続導体２６によって、各光電１
ニツ１−２４の電力引出し用接続轡体２３は、■いに並
列に接続されている。

この様に４１４成された本発明の燃Ｆｌ電池光電装置、
ＭにＪｊいては、個々の燃料電池ＮＪ、り引出される電
力端子側１」１シ用ブツシング２０　；１．２０　［＞
の引出し口を、燃料電池Ｎのタンク２１の下部に設け、
また、ブッシング２０ａ、２０ｂを直列に接続する接続
導体２３をダクト２２ａ、２２ｂ内に収納したことによ
り、それらの点検・保守作業が地上近くで行えるので、
点検・保守作業時の安全が確保される。特に、正・負両
極の引出し用ブッシングがタンク側壁に対向し′Ｃ設【
ノられているので、各引出し用ブッシングの点検スペー
スを充分に確保でざる利点がある。また、複数個の燃料
電池Ｎが接続導体２３によって直列に接続されるので、
発電゛装置の出力型Ｌ１を高くＪることができ、接続導
体の抵抗損失を最小に抑制することができる。

さらに、図示の実施例の如く、同数の燃ｆｉｌ電池Ｎを
１１つ本発明の燃料電池発電装置を１コニツ１−として
、これを並列に接続して大規模な燃料電池発電装置を構
成Ｊれば、光電ユニツ１〜相互間に出力電圧のジ【はな
く、各燃料電池Ｎの仕様を一致さけることがでさること
により、品質の安定、！ｌｉｔ造１ストの低減をはかる
ことかでざる。

また、燃料電池はＴ１極触媒、電極構造、電極構成材料
あるいは負荷の大きさや変動率、作リノ条ｔ’４等によ
り府のがある。寿命時間は５１：だ明確にされていない
が、寿命のぎた燃お１電池は交互に交換しで発電プラン
ト全体のｆ、＋＋ｉ止を防ぐ手法が必要°Ｃあるが、本
実施例による燃料電池発電装置では、発電コニット毎に
点検、保守、交換が可能ひあり、発電ユニット毎に寿命
到達０￥期をずらづ−等の対策し可能となる。さらに、
燃オ゛３１電池発電プラン１〜建設後の電力需要の増大
に伴う増′ｌ′Ｆ吊ら光゛市ユニツｌ一単位で追加゛り
ることににり司１１シどなる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明ににれ（、【、点検・保守作業が容
易で、接続導体の抵抗損失を最小に７ることがでさ、ま
た効率良く燃お１電池を配置６４ることかできるので、
機器の据イづスペースら縮小でさる１１常に右利な燃料
電池発電装置を提供でさる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃Ｆｌ電池の原理を承り断面模型図、第２図は
燃料電池の基本構成を示す斜視図、第３図（△）は現７
１間発が進められている燃料電池の概略構成を承り平面
図、第３図（Ｂ）はイの縦断面図、第４図は本発明の燃
１３１電池発電装置の一実施例を示づ平面図、第５図は
での縦断面図、第６図は本発明の燃料電池発電装置を複
数コニット使用した燃料電池発電装置の配置構成を示す
平面図である。 Ｎ・・・燃料電池、１・・・多孔°？１電極、２・・・
電解質層、３・・・電Ｍ質、７１−リツクス層、４・・
・正極、５・・・負極、６・・・満イ・」インタＪネク
タ、７・・・水ｚルガス流路、８・・・空気流１ｉ’８
．９・・・セルスタック、１つ・・・マニホールド、１
１・・・水素ガス供２給恰、１２・・・水素ガス排出管
、１３・・・空気供給管、１４・・・空気排出管、１５
・・・冷ｕｊ水供給ｔｑ、１０・・・冷ｊＪＩ水刊出答
、１７・・・電力端子（正極）、１Ｂ・・・電力端子（
負極）、１９・・・接し゛Ｃ尋イホ、２０　Ｆ３　ｉｆ
・・・極の電力端子引出し用ブッシング、２０ｂ・・・
負極の電力端子引出し用ブッシング、２１・・・タンク
、２２ａ、２２ｂ・・・ダクト、２５・・・接続導体、
２４・・・発電ユニツ１−１２５・・・母線ダクト、２
６・・・接続導体。 第１図 第　３　図（Ａ） 第　３　図（Ｂ） 第４図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　タンク内にセルスタックを収納し、このしルス
   タックの上下端部に設けた正・負両極の電力端子を、タ
   ンクの土部の対向する側壁部に設【ノた引出し用ブッシ
   ングを介してタンク外部に引出して個々の燃料電池を構
   成し、これら燃料電池を各燃料電池に設４Ｊ　ｌζ正・
   負両極の電力端子引出し用ブッシングの引出し１ノ向が
   隣接器と逆向きに４Ｔる様に配δｑし、これら燃料電池
   群の両側部に燃料電池ｆｉＹと並ｔ−ｉ　Ｌ／−（ダク
   トを設け、イのダク１〜の内部には接続導体を設け、イ
   の接続導体により＋ＭＪ記複数個の燃料電池の電力端子
   引出し用ブッシング台ＴＪｉいに直列に接続して、燃料
   電池発電ユニツ１−を構成したことを特徴とりる燃料電
   池発電装置。
2. （２）　燃料電池発電ユニツ］・が、複数ヒツト０１段
   きれ、これらの光電コーラ＋−ａＹど並行に母線ダク１
   −が設（）られ、この母線ダクト内に設けられた接続導
   体により各発電１ニツトの電力端子が並列に接続されて
   いる特Ｌ′［請求の範囲第１項記載の燃料電池発電装置
   。