燃料電池装置
【課題】利便性の向上した燃料電池装置を提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池装置は、セルスタック５の複数個を並置し、セルスタック５の同じ側に配置された端部集電部材９の電流引き出し部１２同士を導電性の連結部材１１により連結し、１つのセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続している際に、セルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことから、メンテナンスや運転停止の回数を減らすことができ、利便性を向上することができる。
【解決手段】本発明の燃料電池装置は、セルスタック５の複数個を並置し、セルスタック５の同じ側に配置された端部集電部材９の電流引き出し部１２同士を導電性の連結部材１１により連結し、１つのセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続している際に、セルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことから、メンテナンスや運転停止の回数を減らすことができ、利便性を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルを立設して構成されるセルスタックを有してなる燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数並設し電気的に直列に接続してなるセルスタックを、燃料電池セルにガスを供給するマニホールドに固定し、収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなセルスタックを複数個接続してなる燃料電池装置において、セルスタックが電気的に直列に接続されている場合においては、セルスタックの１つに故障や異常を生じた場合に、所定の電圧を得ることができなくなる場合がある。
【０００４】
このような場合、他のセルスタックは正常に発電可能であるにもかかわらず、燃料電池装置を停止してメンテナンスを行なう必要が生じ、メンテナンスの頻度が増えるほか、燃料電池装置を停止する頻度が増え、利便性が悪くなるおそれがある。
【０００５】
それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、複数個のセルスタックを有する燃料電池装置において、セルスタックに異常を生じた場合であっても、継続して稼動することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池装置は、内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セルを挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、前記セルスタックの同じ側における前記電流引き出し部同士を導電性の連結部材により連結してなるとともに、前記セルスタックの前記電流引き出し部と、前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続している際に、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする。
【０００７】
このような燃料電池装置においては、制御装置が、１つのセルスタックを電気的に接続している際に、そのセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタックの電流引き出し部と連結部材とを電気的に接続するように切り替える（すなわち、他の１つのセルスタックを電気的に接続する）ように切り替える制御を行なうことから、電気的に接続された１つのセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタックを電気的に接続することにより、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができる。
【０００８】
それにより、燃料電池装置を停止させる回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【０００９】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つの前記セルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことが好ましい。
【００１０】
このような燃料電池装置においては、制御装置が、１つのセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つのセルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などにセルスタックの電気的接続が切り替わることを避けることができる。
【００１１】
本発明の燃料電池装置は、内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セル挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、隣り合う該セルスタックの前記電流引き出し部を連結部材により接続して電気的に直列に接続してなるとともに、前記セルスタックの直列配列における一端に位置する前記電流引き出し部と前記セルスタックの直列配列における他端に位置する前記電流引き出し部と前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、複数の前記セルスタックを電気的に接続している際に、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値より低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池装置においては、複数のセルスタックを電気的に直列に接続するとともに、直列配列の一端に位置する電流引き出し部と、隣接するセルスタックの電流引き出し部を接続する連結部材と、直列配列の他端に位置する電流引き出し部との電気的接続を切り替える制御装置が、１つまたは複数のセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように制御する。
【００１３】
それにより、複数のセルスタックを電気的に直列に接続してなる燃料電池装置において、制御装置が所定の電圧値よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置としての電圧値（複数のセルスタックの電圧値の合計）は低下するものの、燃料電池装置を停止することなく、継続して燃料電池装置を稼動することができる。
【００１４】
それにより、燃料電池装置を停止させる回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧値よりも低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続する制御を行なうことが好ましい。
【００１６】
このような燃料電池装置においては、制御装置が、１つまたは複数のセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように制御することから、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などにセルスタックの電気的接続が切り替わることを避けることができる。
【００１７】
また、本発明の燃料電池装置は、複数の前記セルスタックが、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドにそれぞれ接続されていることが好ましい。
【００１８】
このような燃料電池装置においては、複数のセルスタックが、燃料電池セルに燃料ガスを供給するマニホールドにそれぞれ（別個に）固定されていることから、セルスタックの電気的接続を切り替えた場合に、電気的に接続されたセルスタックにのみ燃料ガスを供給することでよいこととなる。
【００１９】
それにより、電気的に接続されていないセルスタックに燃料ガスが供給されることを抑制（防止）することができ、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池装置は、制御装置が、セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他のセルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができ、利便性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の燃料電池装置を構成するセルスタック５を収納してなる燃料電池モジュール１（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図である。なお、図１に示したセルスタック５においては、端部集電部材の一部を省略して示している。また、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
【００２２】
なお、本発明の燃料電池装置においては、図示はしないが、外装ケース内に設けた仕切部材により、外装ケースを上下に区画し、その上部側をモジュール収納室として図１に示すモジュール１を収納し、下部側に補機収納室としてモジュール１を動作させるための補機類（後述する制御装置１４等）を収納して構成されることが好ましい。
【００２３】
図１に示すモジュール１においては、収納容器２の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する柱状の燃料電池セル３を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル３間に集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル３の配列方向における両端部側から複数個の燃料電池セル３を挟み込むように、燃料電池セル３の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材９（図１においては、一部省略して示す。）を配置してセルスタック５が構成されている。なお、セルスタック５を構成する燃料電池セル３および端部集電部材９の下端部側を、ガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）によりマニホールド４に固定して収納容器２内に収納する。なお、セルスタック５の構成については後に詳述する。
【００２４】
さらに図１においては、燃料電池セル３として、内部を水素含有ガス（燃料ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル３を例示している。
【００２５】
なお、燃料電池セル３としては、上記以外にたとえば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また支持体の表面に酸素側電極層、固体電解質層および燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル３とすることもできる。この場合において、端部集電部材の形状は適宜変更することができる。
【００２６】
さらに図１においては、燃料電池セル３の発電で使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器６をセルスタック５（燃料電池セル３）の上方に配置している。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、ガス流通管７によりマニホールド４に供給され、マニホールド４を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路に供給される。そして、このような構成により、マニホールド４および改質器６を有するセルスタック装置８が構成される。なお、セルスタック装置８の構成は、燃料電池セル３の種類や形状により適宜変更することができる。
【００２７】
また図１においては、収納容器２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納される燃料電池セルスタック装置８を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１に示したモジュール１においては、燃料電池セルスタック装置８を、収納容器２内にスライドして収納することが可能である。
【００２８】
図２は、改質器６を取り外した状態のセルスタック装置８を上面図で示すとともに、セルスタック５より引き出された電圧が制御装置１４にて電気的に接続されていることを示す概略図である。
【００２９】
図２においては、１つのマニホールド４上にセルスタック５を２つ並置しているスタック装置８の一例を示している。なお、各セルスタック５は、燃料電池セル３の配列方向を互いに平行になるように並置し、セルスタック５の同じ側における電流引き出し部１２同士を導電性の連結部材１１をネジ１３で螺着して連結することで、２つのセルスタック５を連結した構成となっている。なお、セルスタック５を３つ以上並置する場合も同様に、セルスタック５の同じ側における電流引き出し部１２同士を連結部材にて接続する構成とすることができる。
【００３０】
なお各燃料電池セル３間および燃料電池セル３の配列方向における端部と端部集電部材９との間には集電部材１０が配置され（燃料電池セル３間の集電部材１０は図示せず）、それにより各燃料電池セル３が電気的に直列に接続される。そして燃料電池セル３の発電により得られる電流（電圧）は、燃料電池セル３の配列方向の端部に配置された集電部材１０を介して端部集電部材１２により接続される。
【００３１】
ここで、図２に示したセルスタック５の２つを電気的に直列に接続する場合、一方のセルスタック５に故障や異常等が生じた場合に所定の電圧を得ることができなくなる。また、一方のセルスタック５の発電が停止した場合には、他方のセルスタック５における電流（電圧）を引き出すことが困難となる。
【００３２】
それゆえ、セルスタック５の２つを電気的に直列に接続する場合において、セルスタック５に故障や異常を生じた場合（所定の電圧が得られなくなった場合）には、そのつど燃料電池装置を停止してメンテナンスを行なう必要性が生じ、メンテナンスの頻度が増えるほか、燃料電池装置の利便性が悪くなるおそれがある。
【００３３】
それゆえ、図２に示すセルスタック装置８においては、一方のセルスタック５と他方のセルスタック５の同じ側（一端側）における電流引き出し部１２同士を連結部材１１により連結し、連結部材１１と制御装置１４とを電気的に接続するとともに、一方のセルスタック５と他方のセルスタック５の他端側の電流引き出し部１２を、それぞれ別に制御装置１４に電気的に接続している。
【００３４】
それにより制御装置１４は、通常は一方のセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続するように制御し（図２においては制御装置１４で黒線にて示している）、一方のセルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合（所定の電圧が得られなくなった場合）に、他方のセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続するように切り替える、すなわち一方のセルスタック５から、他方のセルスタック５に切り替える制御を行なう（図２においては制御装置１４で鎖線にて示している）ことができる。
【００３５】
なお、制御装置１４がセルスタック５の接続を切り替える場合とは、セルスタック５を構成する燃料電池セル３の形状等により適宜設定することができるが、例えばセルスタック５を構成する燃料電池セル３の平均電圧が０．４Ｖ以下となった場合に切り替えることが好ましい。
【００３６】
それにより、一方のセルスタック５において故障や異常を生じた場合でも、他方のセルスタック５を電気的に接続するように切り替えることにより、発電を継続して行なうことができることから、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができる。またあわせて、メンテナンスの回数を減らすことができることから、利便性を向上することもできる。
【００３７】
なお、図２のように２つのセルスタック５を並置して、適宜接続を切り替える燃料電池装置においては、１つのセルスタック５の発電で、負荷に必要な電圧を出力できるセルスタック５とすることが好ましい。
【００３８】
ところで、１つのセルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタック５に電気的接続を切り替えることが好ましいが、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などに、セルスタック５の電気的接続が頻繁に切り替えられるおそれがある。
【００３９】
この場合に、セルスタック５の電気的接続が頻繁に切り替えられると、セルスタック５の耐久性が低下するほか、発電効率が低下するおそれがある。
【００４０】
それゆえ、制御装置１４は、例えば１つのセルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つのセルスタック５を電気的に接続するように切り替える制御を行なうことにより、セルスタック５の耐久性が低下することを抑制でき、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【００４１】
なお、セルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合とは、例えばセルスタック５を構成する燃料電池セル３の平均電圧が０．４Ｖ以下の電圧が５分以上継続した場合とすることができる。
【００４２】
図３は、１つのセルスタック１６が１つのマニホールド１５に固定されているセルスタック装置１８の一例を示す外観斜視図であり、図４はセルスタック装置１８を２つ並置した場合を示す概略図である。なお、上記図２と図４とを対比して、セルスタック装置１８を２つ並べたこと以外に相違はない。
【００４３】
上述したように、２つのセルスタック５を燃料電池セル３の配列方向を互いに平行にして１つのマニホールド４上に並置し、一方のセルスタック５のみを電気的に接続している際は（一方のセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続している場合）、一方のセルスタック５は発電を行い、他方のセルスタック５は発電を行なっていない状況となる。この場合に、発電を行なう一方のセルスタック５には常に燃料ガスを供給する必要があるため、マニホールド４に常に燃料ガスを供給することとなる。それゆえ、１つのマニホールド上にセルスタック５を２つ並置する場合には、発電していないセルスタック５にも常に燃料ガスが供給されることとなり、セルスタック装置８の発電効率が低下するおそれがある。
【００４４】
ここで、図４においては、１つのマニホールド１５に対し１つのセルスタック１６を固定してなるセルスタック装置１８を２つ並置して、一方のセルスタック１６と他方のセルスタック１６の同じ側（一端側）における電流引き出し部１２同士を連結部材１１により連結し、その連結部材１１と制御装置１４とを接続するとともに、一方のセルスタック１６と他方のセルスタック１６の他端側の電流引き出し部１２を、それぞれ別に制御装置１４に接続している。
【００４５】
それにより、一方のセルスタック１６を電気的に接続している間は、他方のセルスタック１６に対して燃料ガスの供給を停止しておくことができ、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【００４６】
なお、一方のセルスタック１６より他方のセルスタック１６に電気的接続を切り替える場合において、一方のセルスタック１６から直ちに他方のセルスタック１６に電気的接続を切り替えることができるよう、あらかじめ他方のセルスタック１６の起動開始条件を定めておくことが好ましい。例えば、他方のセルスタック１６の起動開始条件としては、セルスタック１６を切り替える所定の電圧値よりも高い電圧値に設定した所定の電圧値以下となったときに、他方のセルスタック１６（マニホールド１５）に燃料ガスを供給するように制御することなどがあげられる。それにより、セルスタック１６の電気的接続の切り替えを直ちに行なうことができる。
【００４７】
以上、１つのセルスタックで定格運転を行なうことのできるセルスタックを２つ並置した燃料電池装置の電気的接続について説明したが、燃料電池装置によっては、複数のセルスタックを電気的に直列に接続して定格運転を行なう場合がある。
【００４８】
図５は、セルスタック装置１８（セルスタック１６）を３つ並置するとともに、隣り合うセルスタック１６の電流引き出し部１２を連結部材１１により接続して電気的に直列に接続している例を示す概略図である。なお、各セルスタック１６は、燃料電池セル３の配列方向を互いに平行に、かつセルスタック１６の同じ側の端で電流極性が逆となるように並置している。
【００４９】
ここで、図５に示すように複数のセルスタック装置１８を電気的に直列に接続してなる燃料電池装置において、１つまたは複数のセルスタック１６に故障や異常が生じて所定の電圧値より低くなった場合、特にはセルスタック１６が発電できない状況となった場合には、他のセルスタック１６からの電圧（電流）を引き出すことが困難となるおそれがある。
【００５０】
それゆえ、複数のセルスタック１６を電気的に直列に接続してなる燃料電池装置においては、メンテナンスの頻度が増えるほか、燃料電池装置を停止する頻度が増え、利便性が悪くなるおそれがある。
【００５１】
そこで、複数のセルスタックを直列に接続してなる燃料電池装置においては、制御装置は、１つまたは複数のセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値よりも低くなったセルスタックを解列して、それ以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことが好ましい。
【００５２】
それにより、複数のセルスタック１６を電気的に直列に接続してなる燃料電池装置において、制御装置１４が、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック１６以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置としての電圧値（複数のセルスタック１６の電圧の合計）は低下するものの、燃料電池装置を停止することなく、継続して燃料電池装置を稼動することができる。それにより、燃料電池装置を停止させる回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【００５３】
ここで、図５においては、複数のセルスタック１６のうち、直列配列の一端側および他端側が制御装置１４にそれぞれ接続され、また連結部材１１（図５では２つの連結部材１１）が制御装置１４に接続されている。それにより、所定の電圧値より低くなったセルスタック１６を解列して、それ以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように制御することが可能となる。
【００５４】
図６および図７は、図５で示した３つのセルスタック１６の接続方法を示す説明図である。なお、図６および図７の説明において、それぞれのセルスタック１６を、スタック１、スタック２およびスタック３と呼ぶものとする。
【００５５】
図６（ａ）においては、スタック１とスタック２の一端同士が連結部材１１により連結され、スタック２の他端とスタック３の一端同士が、連結部材１１により連結されている。また、スタック１の他端と各連結部材１１とスタック３の他端が、制御装置１４に接続されている。他の図においても同様である。
【００５６】
ここで、図６（ａ）は正常な状態を示しており、制御装置１４によりスタック１の他端（図においては＋側）とスタック３の他端（図においては−側）とが接続され、それにより、スタック１、スタック２およびスタック３が電気的に直列に接続されている。
【００５７】
図６（ｂ）においては、スタック３を解列した状態を示しており、制御装置１４は、スタック１の他端（図においては＋側）と、スタック２とスタック３とを接続する連結部材とを接続するように制御する。それにより、スタック１とスタック２とを電気的に直列に接続することができる。
【００５８】
図７（ｃ）においては、スタック２を解列した状態を示しており、制御装置１４は、スタック１の他端（図においては＋側）と、スタック３の他端（図においては−側）とを接続するとともに、スタック１とスタック２とを接続する連結部材と、スタック２とスタック３とを接続する連結部材とを接続するように制御する。それにより、スタック１とスタック３とを電気的に直列に接続することができる。
【００５９】
図７（ｄ）においては、スタック１を解列した状態を示しており、制御装置１４は、スタック１とスタック２とを接続する連結部材と、スタック３の他端（図においては−側）とを接続するように制御する。それにより、スタック２とスタック３とを電気的に直列に接続することができる。
【００６０】
なお、図６（ｂ）および図７（ｃ）、（ｄ）においては、所定の電圧値よりも低くなった１つのセルスタック１６を解列した例を示したが、２つのセルスタック１６が所定の電圧よりも低くなった場合も同様にして切り替えることができる。
【００６１】
このようにして、複数のセルスタックを電気的に直列に接続してなるセルスタック装置において、１つまたは複数のセルスタックに故障や異常が生じ所定の電圧よりも低くなった場合には、所定の電圧よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことにより、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができる。
【００６２】
なお、この場合において、電気的に直列に接続するセルスタックの数が減ることから、燃料電池装置（複数のセルスタックの合計）としての電圧は低下するものの、燃料電池装置を停止することなく継続して稼動することができることから、燃料電池装置を停止する回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【００６３】
なお、電気的に直列に接続するセルスタックを切り替えるにあたっては、各セルスタックの電圧を検知して、それに伴いセルスタックの接続を切り替えるほか、セルスタックの接続を順に切り替えて、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続することができた場合（セルスタックが出力可能な所定の電圧の合計となった場合）にその接続を維持するようにしてもよい。
【００６４】
ところで、電気的に直列に接続された複数のセルスタックのうち、１つまたは複数のセルスタック１６の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック１６を解列して、それ以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように電気的接続を切り替えることとなるが、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などに、セルスタック１６の電気的接続が頻繁に切り替えられるおそれがある。
【００６５】
この場合に、セルスタック１６の電気的接続が頻繁に切り替えられると、セルスタック１６の耐久性が低下するほか、発電効率が低下するおそれがある。
【００６６】
それゆえ、制御装置１４は、電気的に直列に接続された複数のセルスタックのうち、１つまたは複数のセルスタック１６の電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧よりも低いセルスタック１６を解列して、それ以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように制御することにより、セルスタック１６の耐久性が低下することを抑制でき、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【００６７】
なお、セルスタック１６の電圧が所定の電圧よりも低い状態が所定時間継続した場合とは、セルスタック１６を構成する燃料電池セル３の形状等により適宜設定することができるが、例えばセルスタック１６を構成する燃料電池セル３の平均電圧が０．４Ｖ以下が５分継続した場合とすることができる。
【００６８】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【００６９】
例えば、制御装置１４は、セルスタックの電圧が所定の電圧値以下の場合に、他のセルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうが、他のセルスタックを電気的に接続した場合においても所定の電圧が得られない場合には、燃料電池装置を停止するように制御することもできる。
【００７０】
また、セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した時にセルスタックを切り替える例を示したが、燃料電池装置の起動に時間がかかることを考慮して、燃料電池装置の起動が完了した後、所定時間継続して、セルスタックの電圧が所定の電圧よりも低い状態が継続している場合に、セルスタックを切り替えるように制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図２】セルスタックの接続を説明する概略図である。
【図３】１つのマニホールドに１つのセルスタックが固定されているセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。
【図４】２つのセルスタックの接続を説明する概略図である。
【図５】３つのセルスタックが電気的に直列に接続されている例を示す概略図である。
【図６】３つのセルスタックの接続を説明する説明図である。
【図７】３つのセルスタックの接続を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
４、１５：マニホールド
５、１６：セルスタック
９：端部集電部材
１１：連結部材
１２：電流引き出し部
１４：制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルを立設して構成されるセルスタックを有してなる燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数並設し電気的に直列に接続してなるセルスタックを、燃料電池セルにガスを供給するマニホールドに固定し、収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなセルスタックを複数個接続してなる燃料電池装置において、セルスタックが電気的に直列に接続されている場合においては、セルスタックの１つに故障や異常を生じた場合に、所定の電圧を得ることができなくなる場合がある。
【０００４】
このような場合、他のセルスタックは正常に発電可能であるにもかかわらず、燃料電池装置を停止してメンテナンスを行なう必要が生じ、メンテナンスの頻度が増えるほか、燃料電池装置を停止する頻度が増え、利便性が悪くなるおそれがある。
【０００５】
それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、複数個のセルスタックを有する燃料電池装置において、セルスタックに異常を生じた場合であっても、継続して稼動することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池装置は、内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セルを挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、前記セルスタックの同じ側における前記電流引き出し部同士を導電性の連結部材により連結してなるとともに、前記セルスタックの前記電流引き出し部と、前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続している際に、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする。
【０００７】
このような燃料電池装置においては、制御装置が、１つのセルスタックを電気的に接続している際に、そのセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタックの電流引き出し部と連結部材とを電気的に接続するように切り替える（すなわち、他の１つのセルスタックを電気的に接続する）ように切り替える制御を行なうことから、電気的に接続された１つのセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタックを電気的に接続することにより、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができる。
【０００８】
それにより、燃料電池装置を停止させる回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【０００９】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つの前記セルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことが好ましい。
【００１０】
このような燃料電池装置においては、制御装置が、１つのセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つのセルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などにセルスタックの電気的接続が切り替わることを避けることができる。
【００１１】
本発明の燃料電池装置は、内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セル挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、隣り合う該セルスタックの前記電流引き出し部を連結部材により接続して電気的に直列に接続してなるとともに、前記セルスタックの直列配列における一端に位置する前記電流引き出し部と前記セルスタックの直列配列における他端に位置する前記電流引き出し部と前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、複数の前記セルスタックを電気的に接続している際に、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値より低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池装置においては、複数のセルスタックを電気的に直列に接続するとともに、直列配列の一端に位置する電流引き出し部と、隣接するセルスタックの電流引き出し部を接続する連結部材と、直列配列の他端に位置する電流引き出し部との電気的接続を切り替える制御装置が、１つまたは複数のセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように制御する。
【００１３】
それにより、複数のセルスタックを電気的に直列に接続してなる燃料電池装置において、制御装置が所定の電圧値よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置としての電圧値（複数のセルスタックの電圧値の合計）は低下するものの、燃料電池装置を停止することなく、継続して燃料電池装置を稼動することができる。
【００１４】
それにより、燃料電池装置を停止させる回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧値よりも低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続する制御を行なうことが好ましい。
【００１６】
このような燃料電池装置においては、制御装置が、１つまたは複数のセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように制御することから、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などにセルスタックの電気的接続が切り替わることを避けることができる。
【００１７】
また、本発明の燃料電池装置は、複数の前記セルスタックが、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドにそれぞれ接続されていることが好ましい。
【００１８】
このような燃料電池装置においては、複数のセルスタックが、燃料電池セルに燃料ガスを供給するマニホールドにそれぞれ（別個に）固定されていることから、セルスタックの電気的接続を切り替えた場合に、電気的に接続されたセルスタックにのみ燃料ガスを供給することでよいこととなる。
【００１９】
それにより、電気的に接続されていないセルスタックに燃料ガスが供給されることを抑制（防止）することができ、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池装置は、制御装置が、セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他のセルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができ、利便性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の燃料電池装置を構成するセルスタック５を収納してなる燃料電池モジュール１（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図である。なお、図１に示したセルスタック５においては、端部集電部材の一部を省略して示している。また、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
【００２２】
なお、本発明の燃料電池装置においては、図示はしないが、外装ケース内に設けた仕切部材により、外装ケースを上下に区画し、その上部側をモジュール収納室として図１に示すモジュール１を収納し、下部側に補機収納室としてモジュール１を動作させるための補機類（後述する制御装置１４等）を収納して構成されることが好ましい。
【００２３】
図１に示すモジュール１においては、収納容器２の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する柱状の燃料電池セル３を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル３間に集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル３の配列方向における両端部側から複数個の燃料電池セル３を挟み込むように、燃料電池セル３の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材９（図１においては、一部省略して示す。）を配置してセルスタック５が構成されている。なお、セルスタック５を構成する燃料電池セル３および端部集電部材９の下端部側を、ガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）によりマニホールド４に固定して収納容器２内に収納する。なお、セルスタック５の構成については後に詳述する。
【００２４】
さらに図１においては、燃料電池セル３として、内部を水素含有ガス（燃料ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル３を例示している。
【００２５】
なお、燃料電池セル３としては、上記以外にたとえば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また支持体の表面に酸素側電極層、固体電解質層および燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル３とすることもできる。この場合において、端部集電部材の形状は適宜変更することができる。
【００２６】
さらに図１においては、燃料電池セル３の発電で使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器６をセルスタック５（燃料電池セル３）の上方に配置している。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、ガス流通管７によりマニホールド４に供給され、マニホールド４を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路に供給される。そして、このような構成により、マニホールド４および改質器６を有するセルスタック装置８が構成される。なお、セルスタック装置８の構成は、燃料電池セル３の種類や形状により適宜変更することができる。
【００２７】
また図１においては、収納容器２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納される燃料電池セルスタック装置８を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１に示したモジュール１においては、燃料電池セルスタック装置８を、収納容器２内にスライドして収納することが可能である。
【００２８】
図２は、改質器６を取り外した状態のセルスタック装置８を上面図で示すとともに、セルスタック５より引き出された電圧が制御装置１４にて電気的に接続されていることを示す概略図である。
【００２９】
図２においては、１つのマニホールド４上にセルスタック５を２つ並置しているスタック装置８の一例を示している。なお、各セルスタック５は、燃料電池セル３の配列方向を互いに平行になるように並置し、セルスタック５の同じ側における電流引き出し部１２同士を導電性の連結部材１１をネジ１３で螺着して連結することで、２つのセルスタック５を連結した構成となっている。なお、セルスタック５を３つ以上並置する場合も同様に、セルスタック５の同じ側における電流引き出し部１２同士を連結部材にて接続する構成とすることができる。
【００３０】
なお各燃料電池セル３間および燃料電池セル３の配列方向における端部と端部集電部材９との間には集電部材１０が配置され（燃料電池セル３間の集電部材１０は図示せず）、それにより各燃料電池セル３が電気的に直列に接続される。そして燃料電池セル３の発電により得られる電流（電圧）は、燃料電池セル３の配列方向の端部に配置された集電部材１０を介して端部集電部材１２により接続される。
【００３１】
ここで、図２に示したセルスタック５の２つを電気的に直列に接続する場合、一方のセルスタック５に故障や異常等が生じた場合に所定の電圧を得ることができなくなる。また、一方のセルスタック５の発電が停止した場合には、他方のセルスタック５における電流（電圧）を引き出すことが困難となる。
【００３２】
それゆえ、セルスタック５の２つを電気的に直列に接続する場合において、セルスタック５に故障や異常を生じた場合（所定の電圧が得られなくなった場合）には、そのつど燃料電池装置を停止してメンテナンスを行なう必要性が生じ、メンテナンスの頻度が増えるほか、燃料電池装置の利便性が悪くなるおそれがある。
【００３３】
それゆえ、図２に示すセルスタック装置８においては、一方のセルスタック５と他方のセルスタック５の同じ側（一端側）における電流引き出し部１２同士を連結部材１１により連結し、連結部材１１と制御装置１４とを電気的に接続するとともに、一方のセルスタック５と他方のセルスタック５の他端側の電流引き出し部１２を、それぞれ別に制御装置１４に電気的に接続している。
【００３４】
それにより制御装置１４は、通常は一方のセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続するように制御し（図２においては制御装置１４で黒線にて示している）、一方のセルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合（所定の電圧が得られなくなった場合）に、他方のセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続するように切り替える、すなわち一方のセルスタック５から、他方のセルスタック５に切り替える制御を行なう（図２においては制御装置１４で鎖線にて示している）ことができる。
【００３５】
なお、制御装置１４がセルスタック５の接続を切り替える場合とは、セルスタック５を構成する燃料電池セル３の形状等により適宜設定することができるが、例えばセルスタック５を構成する燃料電池セル３の平均電圧が０．４Ｖ以下となった場合に切り替えることが好ましい。
【００３６】
それにより、一方のセルスタック５において故障や異常を生じた場合でも、他方のセルスタック５を電気的に接続するように切り替えることにより、発電を継続して行なうことができることから、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができる。またあわせて、メンテナンスの回数を減らすことができることから、利便性を向上することもできる。
【００３７】
なお、図２のように２つのセルスタック５を並置して、適宜接続を切り替える燃料電池装置においては、１つのセルスタック５の発電で、負荷に必要な電圧を出力できるセルスタック５とすることが好ましい。
【００３８】
ところで、１つのセルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つのセルスタック５に電気的接続を切り替えることが好ましいが、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などに、セルスタック５の電気的接続が頻繁に切り替えられるおそれがある。
【００３９】
この場合に、セルスタック５の電気的接続が頻繁に切り替えられると、セルスタック５の耐久性が低下するほか、発電効率が低下するおそれがある。
【００４０】
それゆえ、制御装置１４は、例えば１つのセルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つのセルスタック５を電気的に接続するように切り替える制御を行なうことにより、セルスタック５の耐久性が低下することを抑制でき、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【００４１】
なお、セルスタック５の電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合とは、例えばセルスタック５を構成する燃料電池セル３の平均電圧が０．４Ｖ以下の電圧が５分以上継続した場合とすることができる。
【００４２】
図３は、１つのセルスタック１６が１つのマニホールド１５に固定されているセルスタック装置１８の一例を示す外観斜視図であり、図４はセルスタック装置１８を２つ並置した場合を示す概略図である。なお、上記図２と図４とを対比して、セルスタック装置１８を２つ並べたこと以外に相違はない。
【００４３】
上述したように、２つのセルスタック５を燃料電池セル３の配列方向を互いに平行にして１つのマニホールド４上に並置し、一方のセルスタック５のみを電気的に接続している際は（一方のセルスタック５の電流引き出し部１２と連結部材１１とを電気的に接続している場合）、一方のセルスタック５は発電を行い、他方のセルスタック５は発電を行なっていない状況となる。この場合に、発電を行なう一方のセルスタック５には常に燃料ガスを供給する必要があるため、マニホールド４に常に燃料ガスを供給することとなる。それゆえ、１つのマニホールド上にセルスタック５を２つ並置する場合には、発電していないセルスタック５にも常に燃料ガスが供給されることとなり、セルスタック装置８の発電効率が低下するおそれがある。
【００４４】
ここで、図４においては、１つのマニホールド１５に対し１つのセルスタック１６を固定してなるセルスタック装置１８を２つ並置して、一方のセルスタック１６と他方のセルスタック１６の同じ側（一端側）における電流引き出し部１２同士を連結部材１１により連結し、その連結部材１１と制御装置１４とを接続するとともに、一方のセルスタック１６と他方のセルスタック１６の他端側の電流引き出し部１２を、それぞれ別に制御装置１４に接続している。
【００４５】
それにより、一方のセルスタック１６を電気的に接続している間は、他方のセルスタック１６に対して燃料ガスの供給を停止しておくことができ、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【００４６】
なお、一方のセルスタック１６より他方のセルスタック１６に電気的接続を切り替える場合において、一方のセルスタック１６から直ちに他方のセルスタック１６に電気的接続を切り替えることができるよう、あらかじめ他方のセルスタック１６の起動開始条件を定めておくことが好ましい。例えば、他方のセルスタック１６の起動開始条件としては、セルスタック１６を切り替える所定の電圧値よりも高い電圧値に設定した所定の電圧値以下となったときに、他方のセルスタック１６（マニホールド１５）に燃料ガスを供給するように制御することなどがあげられる。それにより、セルスタック１６の電気的接続の切り替えを直ちに行なうことができる。
【００４７】
以上、１つのセルスタックで定格運転を行なうことのできるセルスタックを２つ並置した燃料電池装置の電気的接続について説明したが、燃料電池装置によっては、複数のセルスタックを電気的に直列に接続して定格運転を行なう場合がある。
【００４８】
図５は、セルスタック装置１８（セルスタック１６）を３つ並置するとともに、隣り合うセルスタック１６の電流引き出し部１２を連結部材１１により接続して電気的に直列に接続している例を示す概略図である。なお、各セルスタック１６は、燃料電池セル３の配列方向を互いに平行に、かつセルスタック１６の同じ側の端で電流極性が逆となるように並置している。
【００４９】
ここで、図５に示すように複数のセルスタック装置１８を電気的に直列に接続してなる燃料電池装置において、１つまたは複数のセルスタック１６に故障や異常が生じて所定の電圧値より低くなった場合、特にはセルスタック１６が発電できない状況となった場合には、他のセルスタック１６からの電圧（電流）を引き出すことが困難となるおそれがある。
【００５０】
それゆえ、複数のセルスタック１６を電気的に直列に接続してなる燃料電池装置においては、メンテナンスの頻度が増えるほか、燃料電池装置を停止する頻度が増え、利便性が悪くなるおそれがある。
【００５１】
そこで、複数のセルスタックを直列に接続してなる燃料電池装置においては、制御装置は、１つまたは複数のセルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値よりも低くなったセルスタックを解列して、それ以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことが好ましい。
【００５２】
それにより、複数のセルスタック１６を電気的に直列に接続してなる燃料電池装置において、制御装置１４が、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック１６以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことから、燃料電池装置としての電圧値（複数のセルスタック１６の電圧の合計）は低下するものの、燃料電池装置を停止することなく、継続して燃料電池装置を稼動することができる。それにより、燃料電池装置を停止させる回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【００５３】
ここで、図５においては、複数のセルスタック１６のうち、直列配列の一端側および他端側が制御装置１４にそれぞれ接続され、また連結部材１１（図５では２つの連結部材１１）が制御装置１４に接続されている。それにより、所定の電圧値より低くなったセルスタック１６を解列して、それ以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように制御することが可能となる。
【００５４】
図６および図７は、図５で示した３つのセルスタック１６の接続方法を示す説明図である。なお、図６および図７の説明において、それぞれのセルスタック１６を、スタック１、スタック２およびスタック３と呼ぶものとする。
【００５５】
図６（ａ）においては、スタック１とスタック２の一端同士が連結部材１１により連結され、スタック２の他端とスタック３の一端同士が、連結部材１１により連結されている。また、スタック１の他端と各連結部材１１とスタック３の他端が、制御装置１４に接続されている。他の図においても同様である。
【００５６】
ここで、図６（ａ）は正常な状態を示しており、制御装置１４によりスタック１の他端（図においては＋側）とスタック３の他端（図においては−側）とが接続され、それにより、スタック１、スタック２およびスタック３が電気的に直列に接続されている。
【００５７】
図６（ｂ）においては、スタック３を解列した状態を示しており、制御装置１４は、スタック１の他端（図においては＋側）と、スタック２とスタック３とを接続する連結部材とを接続するように制御する。それにより、スタック１とスタック２とを電気的に直列に接続することができる。
【００５８】
図７（ｃ）においては、スタック２を解列した状態を示しており、制御装置１４は、スタック１の他端（図においては＋側）と、スタック３の他端（図においては−側）とを接続するとともに、スタック１とスタック２とを接続する連結部材と、スタック２とスタック３とを接続する連結部材とを接続するように制御する。それにより、スタック１とスタック３とを電気的に直列に接続することができる。
【００５９】
図７（ｄ）においては、スタック１を解列した状態を示しており、制御装置１４は、スタック１とスタック２とを接続する連結部材と、スタック３の他端（図においては−側）とを接続するように制御する。それにより、スタック２とスタック３とを電気的に直列に接続することができる。
【００６０】
なお、図６（ｂ）および図７（ｃ）、（ｄ）においては、所定の電圧値よりも低くなった１つのセルスタック１６を解列した例を示したが、２つのセルスタック１６が所定の電圧よりも低くなった場合も同様にして切り替えることができる。
【００６１】
このようにして、複数のセルスタックを電気的に直列に接続してなるセルスタック装置において、１つまたは複数のセルスタックに故障や異常が生じ所定の電圧よりも低くなった場合には、所定の電圧よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことにより、燃料電池装置を停止することなく、継続して稼動することができる。
【００６２】
なお、この場合において、電気的に直列に接続するセルスタックの数が減ることから、燃料電池装置（複数のセルスタックの合計）としての電圧は低下するものの、燃料電池装置を停止することなく継続して稼動することができることから、燃料電池装置を停止する回数を減らせるほか、燃料電池装置のメンテナンスの回数を減らすことができ、利便性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【００６３】
なお、電気的に直列に接続するセルスタックを切り替えるにあたっては、各セルスタックの電圧を検知して、それに伴いセルスタックの接続を切り替えるほか、セルスタックの接続を順に切り替えて、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック以外のセルスタックを電気的に直列に接続することができた場合（セルスタックが出力可能な所定の電圧の合計となった場合）にその接続を維持するようにしてもよい。
【００６４】
ところで、電気的に直列に接続された複数のセルスタックのうち、１つまたは複数のセルスタック１６の電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値よりも低くなったセルスタック１６を解列して、それ以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように電気的接続を切り替えることとなるが、燃料電池装置の起動時や要求負荷電力が低い場合などに、セルスタック１６の電気的接続が頻繁に切り替えられるおそれがある。
【００６５】
この場合に、セルスタック１６の電気的接続が頻繁に切り替えられると、セルスタック１６の耐久性が低下するほか、発電効率が低下するおそれがある。
【００６６】
それゆえ、制御装置１４は、電気的に直列に接続された複数のセルスタックのうち、１つまたは複数のセルスタック１６の電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧よりも低いセルスタック１６を解列して、それ以外のセルスタック１６を電気的に直列に接続するように制御することにより、セルスタック１６の耐久性が低下することを抑制でき、発電効率のよい燃料電池装置とすることができる。
【００６７】
なお、セルスタック１６の電圧が所定の電圧よりも低い状態が所定時間継続した場合とは、セルスタック１６を構成する燃料電池セル３の形状等により適宜設定することができるが、例えばセルスタック１６を構成する燃料電池セル３の平均電圧が０．４Ｖ以下が５分継続した場合とすることができる。
【００６８】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【００６９】
例えば、制御装置１４は、セルスタックの電圧が所定の電圧値以下の場合に、他のセルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうが、他のセルスタックを電気的に接続した場合においても所定の電圧が得られない場合には、燃料電池装置を停止するように制御することもできる。
【００７０】
また、セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した時にセルスタックを切り替える例を示したが、燃料電池装置の起動に時間がかかることを考慮して、燃料電池装置の起動が完了した後、所定時間継続して、セルスタックの電圧が所定の電圧よりも低い状態が継続している場合に、セルスタックを切り替えるように制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図２】セルスタックの接続を説明する概略図である。
【図３】１つのマニホールドに１つのセルスタックが固定されているセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。
【図４】２つのセルスタックの接続を説明する概略図である。
【図５】３つのセルスタックが電気的に直列に接続されている例を示す概略図である。
【図６】３つのセルスタックの接続を説明する説明図である。
【図７】３つのセルスタックの接続を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１：燃料電池モジュール
２：収納容器
３：燃料電池セル
４、１５：マニホールド
５、１６：セルスタック
９：端部集電部材
１１：連結部材
１２：電流引き出し部
１４：制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セルを挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、前記セルスタックの同じ側における前記電流引き出し部同士を導電性の連結部材により連結してなるとともに、前記セルスタックの前記電流引き出し部と、前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続している際に、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記制御装置は、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つの前記セルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セル挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、隣り合う該セルスタックの前記電流引き出し部を連結部材により接続して電気的に直列に接続してなるとともに、前記セルスタックの直列配列における一端に位置する前記電流引き出し部と前記セルスタックの直列配列における他端に位置する前記電流引き出し部と前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、複数の前記セルスタックを電気的に接続している際に、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値より低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項４】
前記制御装置は、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧値よりも低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続する制御を行なうことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
複数の前記セルスタックが、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項１】
内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セルを挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、前記セルスタックの同じ側における前記電流引き出し部同士を導電性の連結部材により連結してなるとともに、前記セルスタックの前記電流引き出し部と、前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続している際に、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、他の１つの前記セルスタックの前記電流引き出し部と前記連結部材とを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記制御装置は、１つの前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、他の１つの前記セルスタックを電気的に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
内部にガス流路を有する燃料電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなるとともに、前記燃料電池セルの配列方向における両端部側から複数個の前記燃料電池セル挟み込むように配置され、かつ前記燃料電池セルの発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部を有する端部集電部材を備えてなるセルスタックの複数個を並置し、隣り合う該セルスタックの前記電流引き出し部を連結部材により接続して電気的に直列に接続してなるとともに、前記セルスタックの直列配列における一端に位置する前記電流引き出し部と前記セルスタックの直列配列における他端に位置する前記電流引き出し部と前記連結部材との電気的接続を切り替える制御装置を具備する燃料電池装置であって、前記制御装置は、複数の前記セルスタックを電気的に接続している際に、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低くなった場合に、所定の電圧値より低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続するように切り替える制御を行なうことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項４】
前記制御装置は、１つまたは複数の前記セルスタックの電圧が所定の電圧値よりも低い状態が所定時間継続した場合に、所定の電圧値よりも低くなった前記セルスタック以外の前記セルスタックを電気的に直列に接続する制御を行なうことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
複数の前記セルスタックが、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２０５８０５（Ｐ２００９−２０５８０５Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４３８８２（Ｐ２００８−４３８８２）
【出願日】平成２０年２月２６日（２００８．２．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２６日（２００８．２．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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