CN1602561A - 燃料电池发电装置 - Google Patents

燃料电池发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1602561A
CN1602561A CNA038017288A CN03801728A CN1602561A CN 1602561 A CN1602561 A CN 1602561A CN A038017288 A CNA038017288 A CN A038017288A CN 03801728 A CN03801728 A CN 03801728A CN 1602561 A CN1602561 A CN 1602561A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
temperature
generated output
fuel cell
generating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038017288A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1310365C (zh
Inventor
尾关正高
中村彰成
宫内伸二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN1602561A publication Critical patent/CN1602561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1310365C publication Critical patent/CN1310365C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供的燃料电池发电装置，即使负载功率急剧减小，也能稳定且高可靠性地发电。具备由燃料与氧化剂发电的燃料电池、从发电原料生成供给燃料电池1的燃料的燃料处理器、燃烧燃料电池未消耗的残余燃气来使燃烧处理器升温的燃烧器、以及决定燃料电池发电功率的发电功率指令装置。在应供给的负载功率减小时，根据其减小量，发电功率指令装置使燃料电池的发电功率减小时，根据燃料处理器的温度变化，使发电功率的减小速度不同。

Description

燃料电池发电装置
发明领域
本发明涉及用燃料电池进行发电的燃料电池发电装置。
背景技术
以下说明以往的燃料电池发电装置。
如图9所示，以往的燃料电池发电装置具有用燃气与氧化剂进行发电的燃料电池1、从对天然气等加水而成的发电原料生成富含氢气燃料的燃料处理器2、燃烧从燃料电池1排出的残余燃气的燃烧器3、将作为氧化剂的空气供给燃料电池1的增压器4、调节燃料电池1的发电功率的发电功率指令装置5、以及调节供给燃料处理器2的发电原料和水量的发电原料调节器6。
燃料处理器2由生成供给燃料电池1的燃料的燃料生成装置、以及使燃气中所含的一氧化碳降低到不损害燃料电池1的催化剂的浓度为止的氧化碳除去装置所构成。
燃烧器3通过供给从燃料电池1排出残余燃气并燃烧残余燃气，来使燃料处理器2的燃料生成装置升温，达到燃料处理器2的燃料生成装置更有效地生成燃气的温度(约700℃)。
发电原料调节器6调节向燃料处理器2供给的发电原料的量，使得对燃料电池1能供给发电功率指令装置5决定的发电功率所必需的量的燃气。
又，发电原料调节器6通过改变向燃料处理器2供给的发电原料的量，来调节燃料处理器2的温度。在燃料处理器2的温度升高时，通过减少向燃料处理器2供给的发电原料的量，从而减少向燃烧器3供给的残余燃气的供给量，减少燃烧器3的燃烧量，来降低燃料处理器2的温度。
反之，在燃料处理器2的温度降低时，发电原料调节器6通过增加向燃料处理器2供给的发电原料的量，从而增加向燃烧器3供给的残余燃气的供应量，增加燃烧器3的燃烧量，来升高燃料处理器2的温度。
在上述以往例的燃料电池发电装置中，燃料处理器2具备的一氧化碳除去装置，在通常200～300℃左右能有效地发挥除去一氧化碳功能的作用。也就是说，燃料处理器两同时具有约700℃左右的燃料生成装置与200～300℃左右的一氧化碳除去装置，为使这2种装置的温度很好地平衡，不能急剧地改变发电原料的供给量。
另一方面，发电功率指令装置5根据燃料电池发电装置应供给的负载功率，逐渐改变发电功率。由于负载功率瞬时地变化，故为了高效率地发电，希望发电原料的供给量也与负载功率的变化同时进行。
因此，作为现实的发电原料的供给方法，由于在提高发电功率时如发电原料不足就不能增加发电功率，故以与能增加发电原料的上限速度(从50％输出到额定输出约20分钟)增加向燃料处理器2供给的发电原料的量的相同速度，增加发电功率。
另一方面，在降低发电功率时，发电功率急剧下降，残余燃气的排出量过度增多，采取随后减少发电原料的供给量的方法。
然而，如上那样一旦急剧下降发电功率，增大从燃料电池的残余燃气的排出量，则由于该残余燃气供给燃烧器3，故燃烧器3的燃烧量短时间内急刷增加，因此燃料处理器2的温度异常上升，必须停止燃料电池发电装置。由此，不仅使燃料处理器2的耐久性下降，最坏地情况下甚至损坏燃料处理器2。
发明内容
本发明鉴于这样的以往的燃料电池发电装置的问题，其目的在于提供即使负载功率急剧减小时燃料处理器的温度也不异常升高、不降低燃料处理器的耐久性或使其损坏的燃料电池发电装置。
为解决上述问题，第1本发明的燃料电池发电装置具备
由燃料与氧化剂发电的燃料电池、
从发电原料生成供给所述燃料电池燃料的燃料处理器、
燃烧所述燃料电池未消耗的残余燃气并使所述燃料处理器升温的燃料器、及
决定所述燃料电池的发电功率的发电功率指令装置，
在应供给的负载功率减小时，根据其减小量，所述发电功率指令装置使所述燃料电池的发电功率减小时，
根据所述燃料处理器的温度变化，使发电功率的减小速度不同。
第2本发明是第1本发明的燃料电池发电装置，在所述燃料处理器的温度正在上升时，以预先决定的速度作为上限，使发电功率减小，在所述燃料处理器的温度不在上升时，对发电功率的减小速度不设限制。
第3本发明的燃料电池发电装置具备
由燃料与氧化剂发电的燃料电池、
从发电原料生成供给所述燃料电池燃料的燃料处理器、
燃烧所述燃料电池未消耗的残余燃气并使所述燃料处理器升温的燃料器、及
决定所述燃料电池的发电功率的发电功率指令装置，
在应供给的负载功率减小时，根据其减小量，所述发电功率指令装置使所述燃料电池的发电功率减小时，
根据所述燃料处理器的温度，使发电功率的减小速度不同。
第4本发明是第3本发明的燃料电池发电装置，在所述燃料处理器的温度不低于第一阈值时，执行不使发电功率减少的模式(第一功率限制模式)，
在所述燃料处理器的温度不高于比第一阈值低的第二阈值时，不限制发电功率的减小速度。
第5本发明是第4本发明的燃料电池发电装置，在所述发电功率指令装置维持或开始增加所述燃料电池的发电功率时，解除所述第1功率限制模式。
第6本发明是第3本发明的燃料电池发电装置，在所述燃料处理器的温度不低于第三阈值时，执行以预定的速度为上限减小发电功率的模式(第二功率限制模式)。
在所述燃料处理器的温度不高于比第三阈值低的第四阈值时，不限制发电功率减小速度。
第7本发明是第6本发明的燃料电池发电装置，在所述发电功率指令装置维持或开始增加所述燃料电池的发电功率时，解除所述第二功率限制模式。
第8本发明是第3本发明的燃料电池发电装置，在所述处理器的温度不低于第一阈值时，执行不使发电功率减小的模式(第一功率限制模式)，
在所述燃料处理器的温度不高于比第一阈值低的第二阈值时，执行以预定的速度为上限减小发电功率的模式(第二功率限制模式)，
在所述燃料处理器的温度不高于比第二阈值低的第四阈值时，不限制发电功率的减小速度。
第9本发明是第8本发明的燃料电池发电装置，在所述发电功率指令装置保持或开始增加所述燃料电池的发电功率时，解除所述第一和第二功率限制模式这两种模式。
第10本发明是用燃料电池发电装置发电的燃料电池发电方法，所述燃料电池发电装置具备
由燃料与氧化剂发电的燃料电池、
从发电原料生成供给所述燃料电池燃料的燃料处理器、
燃烧所述燃料电池未消耗的残余燃气并使所述燃料处理器升温的燃料器、及
决定所述燃料电池的发电功率的发电功率指令装置，所述燃料电池发电方法，其特征在于，具备下述工序，
即在应供给的负载功率减小时，根据其减小量，所述发电功率指令装置使所述燃料电池的发电功率减小时，
根据所述燃料处理器的温度变化，使发电功率的减小速度不同。
第11本发明是用燃料电池发电装置发电的燃料电池发电方法，所述燃料电池发电装置具备
由燃料与氧化剂发电的燃料电池、
从发电原料生成供给所述燃料电池燃料的燃料处理器、
燃烧所述燃料电池未消耗的残余燃气并使所述燃料处理器升温的燃料器、及
决定所述燃料电池的发电功率的发电功率指令装置，所述燃料电池发电方法，其特征在于，具备下述工序，
即在应供给的负载功率减小时，根据其减小量，所述发电功率指令装置使所述燃料电池的发电功率减小时，
根据所述燃料处理器的温度，使发电功率的减小速度不同。
这样，本发明通过根据从发电原料生成供给所述燃料电池的燃料的燃料处理器的燃料生成装置的温度，对决定燃料电池的发电功率的发电功率指令装置所决定的发电功率设置限制，从而，即使负载功率急剧减小时，燃料处理器的温度也不会异常升高，故不降低燃料处理器的耐久性或不使其损坏。
附图说明
图1示出本发明第1实施形态的燃料电池发电装置的构成图。
图2示出本发明第1实施形态的发电功率指令装置5的动作形态流程图。
图3示出本发明第2实施形态的燃料电池发电装置的构成图。
图4示出本发明第2实施形态的发电功率指令装置5的动作形态流程图。
图5示出本发明第3实施形态的燃料电池发电装置的构成图。
图6示出本发明第3实施形态的发电功率指令装置5的动作形态流程图。
图7示出本发明第4实施形态的燃料电池发电装置的构成图。
图8示出本发明第4实施形态的发电功率指令装置5的动作形态流程图。
图9示出以往的燃料电池发电装置的构成图。
标号说明
1燃料电池
2燃料处理器
3燃烧器
4增压器
5发电功率指令装置
6发电原料调节器
7温度检测装置
8温度比较装置
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施形态
第1实施形态
图1示出本发明的实施形态的一例。对于与以往例相同的构成，标注相同的标号。
本发明实施形态的燃料电池发电装置具有用燃气与氧化剂进行发电的燃料电池1、从对天然气等加水而成的发电原料生成富含氢气燃料的燃料处理器2、燃烧从燃料电池1排出的残余燃气的燃烧器3、将作为氧化剂的空气供给燃料电池1的增压器4、调节燃料电池1的发电功率的发电功率指令装置5、调节供给燃料处理器2的发电原料和水量的发电原料调节器6、检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度的温度检测装置7、以及通过比较不同时刻检测的温度来判定燃料处理器2的燃料生成装置的温度是正在上升或正在下降或没有变化的温度比较装置8。
燃料处理器2由生成供给燃料电池1的燃料的燃料生成装置、以及使燃气中所含的一氧化碳降低到不损害燃料电池1的催化剂的浓度为止的氧化碳除去装置所构成。
温度检测装置7检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度。
温度比较装置8通过比较不同时刻检测的温度，来判定燃料处理器2的燃料生成装置的温度是正在上升或正在下降或没有变化，并将该判定结果输出至发电功率指令装置5。
燃料器3通过供给从燃料电池1排出残余燃气并燃烧残余燃气，来使燃料处理器2的燃料生成装置升温，达到燃料处理器2的燃料生成装置更有效地生成燃气的温度(约700℃)。
发电原料调节器6调节向燃料处理器2供给的发电原料的量，使得对燃料电池1能供给发电功率指令装置5决定的发电功率所必需的量的燃气。
又，发电原料调节器6通过改变向燃料处理器2供给的发电原料的量，来调节燃料处理器2的温度。在燃料处理器2的温度升高时，通过减少向燃料处理器2供给的发电原料的量，从而减少向燃烧器3供给的残余燃气的供给量，减少燃烧器3的燃烧量，来降低燃料处理器2的温度。在燃料处理器2的温度降低时，发电原料调节器6通过增加向燃料处理器2供给的发电原料的量，从而增加向燃烧器3供给的残余燃气的供应量，增加燃烧器3的燃烧量，来升高燃料处理器2的温度。
图2示出本发明实施形态的发电功率指令装置5改变发电功率时的算法的流程图。
发电功率指令装置5比较燃料电池发电装置发电的功率与应供给的负载功率(S001)，当负载功率较大时，在不破坏燃料处理器2的温度平衡情况下，以能够增加发电原料供给量的上限速度(从50％输出至额定输出约20分钟)使发电功率上升(S002)。在燃料电池发电装置的额定值为1kW时，以4分钟100W的速度增加功率。同时，发电原料调节器6以在4分钟内增加与100W相称的发电原料的量的速度来增加发电原料的供给量，以便能够供给与发电功率相称的发电原料。
另一方面，当应供给的负载功率小于燃料电池发电装置发电的功率时，发电功率指令装置5检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度是否在升高(S003)，如燃料处理器2的燃烧生成装置的温度正在下降或未变化，则判断为即使增加来自燃料电池1的残余燃气，燃料处理器2的温度也不会异常上升，发电功率指令装置5即刻改变从燃料电池取出的电流，使发电功率与负载功率相一致(S004)。同时，发电原料调节器6以在4分钟内减小与100W相称的发电原料的量的速度，来减小发电原料的供给量。
在燃料处理器2的燃料生成装置的温度正在上升时，发电功率指令装置5就判断为若增加来自燃料电池1的残余燃料，将存在燃料处理器2的温度异常上升的危险，并以与发电原料调节器6减小发电原料相同的速度即以4分钟100W的速度减小功率(S005)。结果，发电功率慢慢接近应供给的负载功率。
如上所述，在燃料电池发电装置中使发电功率下降时，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度正在下降或未变化时，发电功率指令装置5即刻使发电功率与负载功率相一致，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度正在上升时，发电功率指令装置5使发电功率以与减小发电原料的供给量相同的速度减小，这样一来，在燃料处理器2的温度异常上升的可能性低时，能够实现高效率的发电，在燃料处理器2的温度存在异常上升可能性时，能够抑制燃料处理器2的温度上升，超过限以上时停止燃料电池发电装置等，以避免燃料处理器2的耐久性的下降和甚至发生燃料处理器2的损坏事故。
第2实施形态
以下参照附图说明本发明的第2实施形态。
本发明的第2实施形态的燃料电池系统的构成由图3示出。对于与第1实施形态中的燃料电池系统相同的部分，标注明相同标号，并省略详细说明。
本发明的燃料电池发电装置具有用燃气与氧化剂进行发电的燃料电池1、从对天然气等加水而成的发电原料生成富含氢气燃料的燃料处理器2、燃烧从燃料电池1排出的残余燃气的燃烧器3、将作为氧化剂的空气供给燃料电池1的增压器4、调节燃料电池1的发电功率的发电功率指令装置5、调节供给燃料处理器2的发电原料和水量的发电原料调节器6、检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度的温度检测装置7、以及通过将温度检测装置7检测得的温度分别与后述的第1及第2及第3及第4的各阈值进行比较来判定温度检出装置7检测得的温度是高于各阈值还是低于各阈值的温度比较装置9。
燃料处理器2由生成供给燃料电池1的燃料的燃料生成装置、以及与使燃气中所含的一氧化碳降低到不损害燃料电池1的催化剂的浓度为止的氧化碳除去装置所构成。
温度检测装置7检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度。
温度比较装置9通过将温度检测装置7检测得的温度分别与第1、第2、第3、及第4阈值进行比较，判定温度检出装置7检测得的温度是高于各阈值还是低于各阈值，并将判定结果输向发电功率指令装置5。
燃料器3通过供给从燃料电池1排出残余燃气并燃烧残余燃气，来使燃料处理器2的燃料生成装置升温，达到燃料处理器2的燃料生成装置更有效地生成燃气的温度(约700℃)。
发电原料调节器6调节向燃料处理器2供给的发电原料的量，使得对燃料电池1能供给发电功率指令装置5决定的发电功率所必需的量的燃气。
又，发电原料调节器6通过改变向燃料处理器2供给的发电原料的量，来调节燃料处理器2的温度。在燃料处理器2的温度升高时，通过减少向燃料处理器2供给的发电原料的量，从而减少向燃烧器3供给的残余燃气的供给量，减少燃烧器3的燃烧量，来降低燃料处理器2的温度。在燃料处理器2的温度降低时，发电原料调节器6通过增加向燃料处理器2供给的发电原料的量，从而增加向燃烧器3供给的残余燃气的供应量，增加燃烧器3的燃烧量，来升高燃料处理器2的温度。
图4示出本发明实施形态的发电功率指令装置5改变发电功率时的算法的流程图。
发电功率指令装置5比较燃料电池发电装置发电的功率与应供给的负载功率(S101)，当负载功率较大时，在不破坏燃料处理器2的温度平衡情况下，以能够增加发电原料供给量的上限速度(从50％输出至额定输出约20分钟)使发电功率上升(S102)。在燃料电池发电装置的额定值为1kW时，以4分钟100W的速度增加功率。同时，发电原料调节器6以在4分钟内增加与100W相称的发电原料的量的速度来增加发电原料的供给量，以便能够供给与发电功率相称的发电原料。这时在执行后述的第一、第二功率限制模式时，同时解除执行的功率限制模式。
另一方面，S101中在应供给的负载功率小于燃料电池发电装置发电的功率时，发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与根据燃料生成装置的催化剂劣化温度(约800℃)估计安全度(20℃左右)后的第一阈值温度(约780℃)(S103)，如燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第一阈值温度(约780℃)，则作为第一功率限制模式，发电功率指令装置5不使发电功率减小(S104)。同时，发电原料调节器6以4分钟内减小与100W相称的发电原料的量的速度减小发电原料的供给量。
燃料处理器2的燃料生成装置的温度如果在S103中低于第一阈值温度(约780℃)，则发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与第二阈值温度(约770℃)(S105)，如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度小于第二阈值温度(约770℃)，则解除第一功率限制模式(S106)。另一方面，S105中燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第二阈值温度(约770℃)时，则即使已经执行第一功率限制模式时，也不解除第一功率限制模式。考虑燃料处理器2的燃料生成装置的温度变化速度来决定第二阈值温度，使得不发生第一功率限制模式的执行与解除的反复转换，但通常只要设定比第一阈值温度低10℃的温度就行。
进而，发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与第三阈值温度(约760℃)(S107)，如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第三阈值温度(约760℃)，则作为第二功率限制模式，发电功率指令装置5以与发电原料调节器6减小发电原料的相同速度即4分钟100W的速度减小功率(S108)。
第三阈值温度作为燃料处理器2的燃料生成装置的温度比第一阈值温度充分低的温度，只要设定比第一阈值温度低20℃左右就行。
如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度在S107中小于第三阈值温度(约760℃)，则发电功率指令装置比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与第四阈值温度(约750℃)(S109)，如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度小于第四阈值温度(约750℃)，则解除第二功率限制模式，发电功率指令装置5即刻使发电功率与负载功率相一致(S110)。另一方面，S109中如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度大于第四阈值温度(750℃)，则即使已经执行第二功率限制模式，也不解除第二功率限制模式。
如上所述，在燃料电池发电装置使发电功率下降的情况下，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第三阈值温度时，发电功率指令装置5使发电功率以与减小发电原料供给量的相同速度减小，这样一来，能够预防燃料处理器2处于异常高温。
又，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第一阈值温度时，发电功率指令装置5不使发电功率减小，这样一来，能够防止燃料处理器2出现达到破坏的高温，超过限度以上时停止燃料电池发电装置等，以避免燃料处理器2的耐久性的下降和甚至发生燃料处理器2的损坏事故。
又，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度分别达到第二、第四阈值温度以下时，解除各自的功率限制模式，这样，在燃料处理器的温度正常时，能根据负载功率进行发电，能高效率地发电。
第3实施形态
以下参照附图说明本发明的第3实施形态。
本发明的第3实施形态的燃料电池系统由图5示出。对于与第1实施形态中的燃料电池系统相同的部分，标注相同的标号，并省略详细说明。
本发明的燃料电池发电装置具有用燃气与氧化剂进行发电的燃料电池1、从对天然气等加水而成的发电原料生成富含氢气燃料的燃料处理器2、燃烧从燃料电池1排出的残余燃气的燃烧器3、将作为氧化剂的空气供给燃料电池1的增压器4、调节燃料电池1的发电功率的发电功率指令装置5、调节供给燃料处理器2的发电原料和水量的发电原料调节器6、检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度的温度检测装置7、以及通过将温度检测装置7检测得的温度与后述的第1及第2各阈值分别比较来判定温度检出装置7检测得的温度是高于各阈值还是低于各阈值的温度比较装置10。
燃料电池1、燃料处理器2、燃烧器3、增压器4、发电功率指令装置5、及发电原料调节器6的构成由于与第2实施形态相同，故省略其说明。
以下以与第2实施形态的不同之点为中心来说明本实施形态的动作。
第3实施形态与第2实施形态的不同之点是，第3实施形态只执行第一功率限制模式，不执行第二功率限制模式。
即，温度检测装置7与第2实施形态相同，检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度。
温度比较装置10通过将温度检测装置7检测得的温度分别与后述的第1、第2各阈值进行比较，来判定温度检测装置7检测得的温度是高于各阈值还是低于各阈值，并将该输出结果输出给发电功率指令装置5。
图6示出本发明实施形态的发电功率指令装置5改变发电功率时的算法的流程图。
发电功率指令装置5比较燃料电池发电装置发电的功率与应供给的负载功率(S201)，当负载功率较大时，在不破坏燃料处理器2的温度平衡情况下，以能够增加发电原料供给量的上限速度(从50％输出至额定输出约20分钟)使发电功率上升(S202)。在燃料电池发电装置的额定值为1kW时，以4分钟100W的速度增加功率。同时，发电原料调节器6以在4分钟内增加与100W相称的发电原料的量的速度来增加发电原料的供给量，以便能够供给与发电功率相称的发电原料。这时在执行后述的第一功率限制模式时，同时解除执行的功率限制模式。
另一方面，S201中在应供给的负载功率小于燃料电池发电装置发电的功率时，发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与根据燃料生成装置的催化剂劣化温度(约800℃)估计安全度(20℃左右)后的第一阈值温度(约780℃)(S203)，如燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第一阈值温度(约780℃)，则作为第1功率限制模式，发电功率指令装置5不使发电功率减小(S204)。同时，发电原料调节器6以4分钟内减小与100W相称的发电原料的量的速度减小发电原料的供给量。
燃料处理器2的燃料生成装置的温度如在S203中低于第一阈值温度(约780℃)，则发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与第二阈值温度(约770℃)(S205)，如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度低于第二阈值温度(约770℃)，则解除第一功率限制模式(S206)，发电功率指令装置5即刻使发电功率与负载功率相一致(S210)。
另一方面，S205中燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第二阈值温度(约770℃)时，则即使已经执行第一功率限制模式时，也不解除第一功率限制模式(S204)。考虑燃料处理器2的燃料生成装置的温度变化速度来决定第二阈值温度，使得不发生第一功率限制模式的执行与解除的反复转换，但通常只要设定比第一阈值温度低10℃的温度就行。
如上所述，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第一阈值温度时，发电功率指令装置5不使发电功率减小，这样一来，能够防止燃料处理器2出现达到破坏的高温，超过限度以上时停止燃料电池发电装置等，以避免燃料处理器2的耐久性的下降和甚至发生燃料处理器2的损坏事故。
又，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度达到第二阈值温度以下时，解除第一功率限制模式，这样，在燃料处理器的温度正常时，能够根据负载功率进行发电，能高效率地发电。
这样，在只执行第一功率限制模式、不执行第二功率限制模式时，也能得到与第2实施形态同样的效果。
第4实施形态
以下参照附图说明本发明的第4实施形态。
本发明的第4实施形态的燃料电池系统由图7示出。对于与第1实施形态中的燃料电池系统相同的部分，标注相同的标号，并省略详细说明。
本发明的燃料电池发电装置具有用燃气与氧化剂进行发电的燃料电池1、从对天然气等加水而成的发电原料生成富含氢气燃料的燃料处理器2、燃烧从燃料电池1排出的残余燃气的燃烧器3、将作为氧化剂的空气供给燃料电池1的增压器4、调节燃料电池1的发电功率的发电功率指令装置5、调节供给燃料处理器2的发展原料和水量的发电原料调节器6、检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度的温度检测装置7、以及通过将温度检测装置7检测得的温度与后述的第3及第4各阈值分别比较来判定温度检出装置7检测得的温度是高于各阈值还是低于各阈值的温度比较装置11。
燃料电池1、燃料处理器2、燃烧器3、增压器4、发电功率指令装置5、及发电原料调节器6的构成由于与第2实施形态相同，故省略其说明。
以下以与第2实施形态的不同之点为中心来说明本实施形态的动作。
第4实施形态与第2实施形态的不同之点是，第4实施形态只执行第二功率限制模式，不执行第一功率限制模式。
即，温度检测装置7检测燃料处理器2的燃料生成装置的温度。
温度比较装置1 1通过将温度检测装置7检测得的温度分别与后述的第3、第4各阈值进行比较，来判定温度检测装置7检测得的温度是高于各阈值还是低于各阈值，并将该输出结果输出给发电功率指令装置5。
图8示出本发明实施形态的发电功率指令装置5改变发电功率时的算法的流程图。
发电功率指令装置5比较燃料电池发电装置发电的功率与应供给的负载功率(S301)，当负载功率较大时，在不破坏燃料处理器2的温度平衡情况下，以能够增加发电原料供给量的上限速度(从50％输出至额定输出约20分钟)使发电功率上升(S302)。在燃料电池发电装置的额定值为1kW时，以4分钟100W的速度增加功率。同时，发电原料调节器6以在4分钟内增加与100W相称的发电原料的量的速度来增加发电原料的供给量，以便能够供给与发电功率相称的发电原料。这时在执行后述的第二功率限制模式时，同时解除执行的功率限制模式。
另一方面，在S301中在应供给的负载功率小于燃料电池发电装置发电的功率时，发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与第二阈值温度(约760℃)(S307)，如燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第三阈值温度(约760℃)，则作为第二功率限制模式，发电功率指令装置5以与发电原料调节器6减小发电原料相同的速度即4分钟100W的速度减小功率(S308)。
第三阈值温度作为燃料处理器2的燃料生成装置的温度充分地低于根据燃料生成装置的催化剂劣化温度(约800℃)估计安全度(20℃左右)后的温度(约780℃)，只要设定比780℃低20℃左右的温度就可。
燃料处理器2的燃料生成装置的温度如在S307中低于第三阈值温度(约760℃)，则发电功率指令装置5比较燃料处理器2的燃料生成装置的温度与第四阈值温度(约750℃)(S309)，如燃料处理器2的燃料生成装置的温度低于第四阈值温度(约750℃)，则解除第二功率限制模式，发电功率指令装置5即刻使发电功率与负载功率相一致(S310)。另一方面，在S309如果燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第四阈值温度(750℃)，则即使已经执行第二功率限制模式时，也不解除第二功率限制模式。
如上所述，在燃料电池发电装置使发电功率下降时，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度高于第三阈值温度时，发电功率指令装置5使发电功率以与减小发电原料的供给量的相同速度减小，这样一来，能预防燃料处理器2处于异常高温。
又，在燃料处理器2的燃料生成装置的温度达到第四阈值温度以下时，解除第二功率限制模式，这样，在燃料处理器的温度正常时，能够根据负载功率进行发电，能高效率地发电。
这样，在不执行第一功率限制模式而仅执行第二功率限制模式时，也能得到与第2实施形态相同的效果。
又，第1～第4的各实施形态中，作为发电功率指令装置5使发电功率上升的速度，是说明了以4分钟100W的速度上升功率的例子，但燃料处理器的构成或热容量如不同，则自然应改变该速度，即便如此也不超出本发明的范围。也就是说，发电功率指令装置5使发电功率上升的速度虽然与燃料处理器2的设备构成有关，但只要是构成燃料处理器2的氧化碳除去装置处于适当温度范围内的速度就可。如果是这样的速度，则由于氧化碳除去装置处于适当温度范围内，因此氧化碳除去装置的输出中所含的一氧化碳达到适当量以下。即发电功率指令手段5使发电功率上升的速度是氧化碳除去装置的输出中所含的一氧化碳达到适当量以下的速度就可。例如，如果是一氧化碳浓度可容许达到20ppm那样的装置，则只要是一氧化碳除去装置的输出中一氧化碳达到20ppm以下那样的速度就行。
又，第2～4的各实施例中，第一、第二、第三、第四的阈值，是燃料处理装置的催化剂以使用钌作为主要成分的催化剂的例来表示的值，但在燃料处理器使用其他催化剂时不限于此。而且，在燃料处理器的热容量大时，设定更高一些的温度，反之，在燃料处理器的热容量小时，设定更低一些的温度，这样比较适当，这种情况也不超出本发明的范围。
工业上的实用性
根据以上的说明可见，本发明能提供稳定的且可靠性高的燃料电池发电装置。

Claims (2)

1、一种燃料电池发电装置，其特征在于，具备
由燃料与氧化剂发电的燃料电池、
从发电原料生成供给所述燃料电池燃料的燃料处理器、
燃烧所述燃料电池未消耗的残余燃气并使所述燃料处理器升温的燃料器、及
决定所述燃料电池的发电功率的发电功率指令装置，
在应供给的负载功率减小时，根据其减小量，所述发电功率指令装置使所述燃料电池的发电功率减小时，
根据所述燃料处理器的温度变化，使发电功率的减小速度不同。
2、如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于，
在所述燃料处理器的温度正在上升时，以预先决定的速度作为上限，使发电功率减小，在所述燃料处理器的温度不在上升时，对发电功率的减小速度不设限制。
CNB038017288A 2002-05-15 2003-05-14 燃料电池发电装置和燃料电池发电方法 Expired - Fee Related CN1310365C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002140567 2002-05-15
JP140567/2002 2002-05-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1602561A true CN1602561A (zh) 2005-03-30
CN1310365C CN1310365C (zh) 2007-04-11

Family

ID=29727494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038017288A Expired - Fee Related CN1310365C (zh) 2002-05-15 2003-05-14 燃料电池发电装置和燃料电池发电方法

Country Status (7)

Country Link
US (3) US20050153182A1 (zh)
EP (1) EP1505677B1 (zh)
JP (1) JP4533743B2 (zh)
KR (1) KR20040105697A (zh)
CN (1) CN1310365C (zh)
AT (1) ATE541331T1 (zh)
WO (1) WO2003105261A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101341617B (zh) * 2005-12-19 2010-07-14 卡西欧计算机株式会社 供电系统及其控制方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1310365C (zh) 2002-05-15 2007-04-11 松下电器产业株式会社 燃料电池发电装置和燃料电池发电方法
JP5391976B2 (ja) * 2009-09-30 2014-01-15 Ｔｏｔｏ株式会社 固体電解質型燃料電池
CN108475799B (zh) * 2015-12-15 2021-07-09 日产自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
US10403674B2 (en) * 2017-07-12 2019-09-03 Meridian Innovation Pte Ltd Scalable thermoelectric-based infrared detector

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59213601A (ja) * 1983-05-19 1984-12-03 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池の改質反応制御装置
JPH0824054B2 (ja) * 1985-05-22 1996-03-06 株式会社日立製作所 燃料電池発電プラントとその制御方法
JPS63292575A (ja) * 1987-05-26 1988-11-29 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
EP0372807B1 (en) 1988-12-03 1994-06-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical mixing device
JPH03297066A (ja) * 1990-04-16 1991-12-27 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池プラントの改質器温度過昇防止方法とその装置
JP2599815B2 (ja) * 1990-09-13 1997-04-16 三菱電機株式会社 燃料電池発電システムの改質器温度制御装置
JPH06215790A (ja) * 1993-01-19 1994-08-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電設備における改質器温度の制御方法
JPH07263007A (ja) * 1994-03-25 1995-10-13 Toyota Motor Corp 燃料電池用改質器の加熱装置
JPH07296834A (ja) * 1994-04-26 1995-11-10 Hitachi Ltd 燃料電池発電プラント及び該プラントの改質器運転方法
JP2972525B2 (ja) * 1994-08-03 1999-11-08 三菱電機株式会社 燃料電池の制御装置
DE19605404C1 (de) * 1996-02-14 1997-04-17 Daimler Benz Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
EP0814526B1 (de) * 1996-06-19 2003-03-05 Sulzer Hexis AG Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit Brennstoffzellen
JP3918255B2 (ja) * 1997-10-29 2007-05-23 富士電機ホールディングス株式会社 燃料電池用改質器
JP3532458B2 (ja) * 1999-05-24 2004-05-31 本田技研工業株式会社 固体電解質型燃料電池用の燃料改質装置
CA2309025A1 (en) * 1999-07-06 2001-01-06 General Motors Corporation Fuel cell stack monitoring and system control
JP2001176528A (ja) 1999-12-21 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
JP3702752B2 (ja) * 2000-05-30 2005-10-05 日産自動車株式会社 移動体用燃料電池システムおよびその制御方法
CN1310365C (zh) 2002-05-15 2007-04-11 松下电器产业株式会社 燃料电池发电装置和燃料电池发电方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101341617B (zh) * 2005-12-19 2010-07-14 卡西欧计算机株式会社 供电系统及其控制方法
US8142941B2 (en) 2005-12-19 2012-03-27 Casio Computer Co., Ltd. Power supply system and control method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
ATE541331T1 (de) 2012-01-15
WO2003105261A1 (ja) 2003-12-18
KR20040105697A (ko) 2004-12-16
JPWO2003105261A1 (ja) 2005-10-13
EP1505677A1 (en) 2005-02-09
EP1505677B1 (en) 2012-01-11
US20090253004A1 (en) 2009-10-08
JP4533743B2 (ja) 2010-09-01
US8012640B2 (en) 2011-09-06
US20050153182A1 (en) 2005-07-14
US20110300459A1 (en) 2011-12-08
EP1505677A4 (en) 2007-11-28
US8263281B2 (en) 2012-09-11
CN1310365C (zh) 2007-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1298614C (zh) 燃料重整系统和具有该燃料重整系统的燃料电池系统
CN1020236C (zh) 制造氨的方法
CN1304100C (zh) 燃料重整设备
CN1284260C (zh) 燃料电池电源装置预热
CN1157832C (zh) 充电装置、充电方法和充电系统
CN1875513A (zh) 燃料电池系统以及移动体
CN1409428A (zh) 燃料电池发电系统及控制该系统的方法
CN1942721A (zh) 热电联供系统
CN1398451A (zh) 功率生成控制系统、功率生成控制方法、程序以及媒体
CN100339297C (zh) 燃料重整系统及其预热方法
CN1922750A (zh) 燃料电池系统
CN1643724A (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN1624965A (zh) 氢生成装置及其动作停止方法和燃料电池发电装置
CN1645660A (zh) 氢制造装置及燃料电池发电装置
CN1572039A (zh) 燃料电池系统和相关的启动方法
CN1839506A (zh) 燃料电池系统
CN1731613A (zh) 燃料电池系统
CN1662735A (zh) 控制电力变动的方法及其发电设备
CN1679188A (zh) 液体燃料供给类型燃料电池、燃料电池电极以及它们的生产方法
CN1610792A (zh) 燃气发动机
CN100346515C (zh) 用于燃料电池系统的控制装置及控制方法
CN101057358A (zh) 燃料电池系统
CN1310365C (zh) 燃料电池发电装置和燃料电池发电方法
CN1645659A (zh) 氢发生装置及其运行方法和燃料电池发电系统
CN1922752A (zh) 燃料电池系统和对其进行控制的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070411

Termination date: 20140514