JP2001176528A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell systemInfo
- Publication number
- JP2001176528A JP2001176528A JP36315799A JP36315799A JP2001176528A JP 2001176528 A JP2001176528 A JP 2001176528A JP 36315799 A JP36315799 A JP 36315799A JP 36315799 A JP36315799 A JP 36315799A JP 2001176528 A JP2001176528 A JP 2001176528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel gas
- amount
- air
- power
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を用いて
発電を行う燃料電池システムに関する。The present invention relates to a fuel cell system for generating electric power by using a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の燃料電池システムについて、図面
を参照しながら説明する。図６は、従来のリン酸型燃料
電池システムの構成を示す。図６に示すように、リン酸
型などの従来の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤
ガスを用いて発電を行う燃料電池１からなり、燃料ガス
の供給排出系と酸化剤ガスの供給排出系をもつ。まず、
燃料ガス供給排出系について説明する。燃料ガスの供給
側には、天然ガスなどの発電原料を水蒸気改質し水素に
富んだ燃料ガスを生成する燃料ガス生成器２と、発電に
必要な水素量の１．３倍程度の水素を含む量の燃料ガス
を供給するように発電原料および水の流量を制御する発
電原料制御器３と、燃料ガスを加湿する燃料側加湿器４
とを備える。燃料ガス生成器２は、燃料電池１へ供給す
る燃料ガスを生成するとともに、燃料ガスに含まれる一
酸化炭素を燃料電池１の触媒にダメージを与えない濃度
まで除去する機能も有する。なお、燃料電池１に供給さ
れる燃料ガスは、水素以外に水蒸気と二酸化炭素や微量
の一酸化炭素を含む。そして、燃料電池１からは、発電
に用いられなかった量の水素と水蒸気と二酸化炭素と一
酸化炭素の混合ガスが排出される。2. Description of the Related Art A conventional fuel cell system will be described with reference to the drawings. FIG. 6 shows a configuration of a conventional phosphoric acid type fuel cell system. As shown in FIG. 6, a conventional fuel cell system of the phosphoric acid type or the like includes a fuel cell 1 that generates electric power using a fuel gas and an oxidizing gas, and supplies and discharges a fuel gas and an oxidizing gas. Has a system. First,
The fuel gas supply / discharge system will be described. On the fuel gas supply side, a fuel gas generator 2 that generates a fuel gas rich in hydrogen by steam reforming a power generation material such as natural gas, and hydrogen that is about 1.3 times the amount of hydrogen required for power generation is supplied. A power generation material controller 3 for controlling the flow rate of the power generation material and water so as to supply the contained amount of fuel gas, and a fuel-side humidifier 4 for humidifying the fuel gas
And The fuel gas generator 2 has a function of generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 1 and removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 1. The fuel gas supplied to the fuel cell 1 contains water vapor, carbon dioxide, and a trace amount of carbon monoxide in addition to hydrogen. Then, from the fuel cell 1, an amount of a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide not used for power generation is discharged.
【０００３】また、燃焼ガス生成器２には燃焼器６が隣
接しており、天然ガスなどの燃焼原料と残余燃料ガスを
燃焼する。そして、燃焼器６へ供給する燃焼原料の流量
を調節して燃料ガス生成器２の温度を発電原料から水素
に富んだ燃料ガスを生成するのに必要な温度（約７００
℃）に維持する燃焼原料調節器７とが設けられている。
そして、燃焼器６には、燃焼用の空気を供給する空気供
給器８が設けられている。また、燃焼原料と残余燃料ガ
スが完全燃焼するように、供給空気調節器１３によっ
て、空気供給器８が燃焼器６に供給する空気量が調整さ
れる。なお、この燃焼器６は燃料ガスの排出側において
も機能している。すなわち、燃料電池１から排出された
残余燃料ガスは、燃料側気水分離器５において水分が除
去された後、燃焼器６へと導入される。すなわち、燃焼
器６においては、燃焼原料調節器７により供給量を調節
された燃焼原料と、燃料電池１より排出された残余燃料
ガスと、空気供給器８からの空気とが供給され、前記燃
焼原料と残余燃料ガスが燃焼される。[0003] A combustor 6 is adjacent to the combustion gas generator 2 and combusts a raw material such as natural gas and a residual fuel gas. Then, the flow rate of the combustion raw material supplied to the combustor 6 is adjusted to adjust the temperature of the fuel gas generator 2 to the temperature required to generate hydrogen-rich fuel gas from the power generation raw material (about 700).
(° C.).
The combustor 6 is provided with an air supply device 8 that supplies air for combustion. Further, the amount of air supplied from the air supply device 8 to the combustor 6 is adjusted by the supply air conditioner 13 so that the combustion raw material and the residual fuel gas are completely burned. The combustor 6 also functions on the fuel gas discharge side. That is, the residual fuel gas discharged from the fuel cell 1 is introduced into the combustor 6 after the moisture is removed in the fuel-side steam separator 5. That is, in the combustor 6, the combustion raw material whose supply amount is adjusted by the combustion raw material controller 7, the residual fuel gas discharged from the fuel cell 1, and the air from the air supply unit 8 are supplied. The raw material and residual fuel gas are burned.
【０００４】つぎに、酸化剤ガスである空気の供給排出
系について説明する。空気供給側には、空気を燃料電池
１に供給するブロア９と、供給空気を加湿する空気側加
湿器１０とが設けられている。通常、燃料電池１には、
発電に必要な酸素量の３倍程度の酸素を含む量の空気が
供給される。一方、残った空気が排出される側には、燃
料電池１から排出される空気中の水分を分離する空気側
気水分離器１１が設けられている。そして、燃料電池１
には、燃料電池１が発電する電力を設定する電力設定器
１２が配されている。このような構成を有する燃料電池
システムは、電力設定器１２を通して電力負荷に接続さ
れると同時に、電力系統（図示せず。）と連携されてい
る。Next, a description will be given of a supply / discharge system for air, which is an oxidizing gas. On the air supply side, a blower 9 for supplying air to the fuel cell 1 and an air-side humidifier 10 for humidifying the supply air are provided. Usually, the fuel cell 1
An amount of air containing about three times the amount of oxygen required for power generation is supplied. On the other hand, on the side from which the remaining air is discharged, an air-side water / water separator 11 for separating moisture in the air discharged from the fuel cell 1 is provided. And fuel cell 1
Is provided with a power setting device 12 for setting the power generated by the fuel cell 1. The fuel cell system having such a configuration is connected to a power load through the power setting unit 12 and is also linked to a power system (not shown).
【０００５】つぎに、図７に、従来の固体高分子型燃料
電池システムの構成を示す。なお、図７において、図６
に示す燃料電池システムにおいて同じ機能を有するもの
については、同一の符号を用いた。図７に示すように、
従来の固体高分子型燃料電池システムは、燃料ガス切換
弁１４を有しており、燃料ガス生成器２から排出された
燃料ガスを、燃料電池１、またはバイパス管１５を経由
して燃料側気水分離器５へ送ることができる。固体高分
子型燃料電池システムの場合は、燃料電池１が８０℃程
度というリン酸型の場合（約２００℃）などに比べて非
常に低い温度で動作する。そのため、リン酸型燃料電池
の場合は、一酸化炭素を数％含んだ燃料ガスが燃料電池
１へ供給されても問題ないが、固体高分子型燃料電池の
場合は、一酸化炭素を数十ｐｐｍ以上の割合で含む燃料
ガスが燃料電池１に供給されても、燃料電池１にある触
媒が被毒して発電性能が劣化する。Next, FIG. 7 shows a configuration of a conventional polymer electrolyte fuel cell system. In FIG. 7, FIG.
The same reference numerals are used for those having the same function in the fuel cell system shown in FIG. As shown in FIG.
The conventional polymer electrolyte fuel cell system has a fuel gas switching valve 14, and the fuel gas discharged from the fuel gas generator 2 is supplied to the fuel cell 1 or the bypass pipe 15 through the fuel side gas. It can be sent to the water separator 5. In the case of the polymer electrolyte fuel cell system, the fuel cell 1 operates at a temperature much lower than that in the case of the phosphoric acid type of about 80 ° C. (about 200 ° C.). Therefore, in the case of the phosphoric acid type fuel cell, there is no problem even if the fuel gas containing several% of carbon monoxide is supplied to the fuel cell 1, but in the case of the solid polymer type fuel cell, several tens of carbon monoxide is used. Even if the fuel gas containing at a rate of not less than ppm is supplied to the fuel cell 1, the catalyst in the fuel cell 1 is poisoned and the power generation performance deteriorates.
【０００６】一方、システム起動時など燃料ガス生成器
２の温度が低い場合には、燃料ガス生成器２の一酸化炭
素除去機能が充分に働かず、燃料ガス生成器２から排出
される燃料ガスには、一酸化炭素が多く含まれる。そこ
で、燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、燃料
ガス切換弁１４により燃料ガスをバイパス管１５を経由
して燃料側気水分離器５へと送る。逆に、燃料ガス中の
一酸化濃度が充分に低い場合には、燃料ガス切換弁１４
は燃料ガスを燃料電池１へ供給し、発電が行う。なお、
電力設定器１２は、燃料電池１が発電する電力を設定
し、電力負荷が発電電力より小さい場合には、余剰電力
を電力系統へ逆潮流させる機能を持つ。On the other hand, when the temperature of the fuel gas generator 2 is low, for example, when the system is started, the function of removing the carbon monoxide from the fuel gas generator 2 does not work sufficiently and the fuel gas discharged from the fuel gas generator 2 Contains a large amount of carbon monoxide. Therefore, when the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide, the fuel gas is sent to the fuel-side steam separator 5 via the bypass pipe 15 by the fuel gas switching valve 14. Conversely, if the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the fuel gas switching valve 14
Supplies fuel gas to the fuel cell 1 to generate power. In addition,
The power setting device 12 has a function of setting the power generated by the fuel cell 1 and, when the power load is smaller than the generated power, causing surplus power to flow backward to the power system.
【０００７】上記の従来の燃料電池システムにおいて
は、供給空気調節器１３はつぎのような働きをする。す
なわち、まず燃焼原料調節器７が燃焼器６に供給する燃
焼原料の量と、発電原料制御器３が燃料ガス生成器２へ
供給する発電原料の量とから、燃料電池１が排出する残
余燃料ガスの量を演算する。ついで、この演算量に対し
て、空気過剰率λ＝１．５程度になる量の空気を燃焼器
６へ供給するように空気供給器８を調節するのである。
なお、空気過剰量λ＝１．５は、不完全燃焼による一酸
化炭素の発生を抑え、かつ安定な燃焼を保つために通常
用いられる量である。リン酸型燃料電池システムなどの
ように、運転時に燃料ガス生成器２が排出する燃料ガス
を燃料電池１へ供給可能なシステムの場合は、常に、発
電原料の４．５倍程度の水素を含む燃料ガスが燃料電池
１へ供給される。そして、その７７％程度の水素が発電
で消費され、残余燃料ガスは残りの２３％程度の水素を
含んで排出されてくる。そのため、残余燃料ガス中に含
まれる水素量は、発電原料から算出することが可能とな
る。In the above-mentioned conventional fuel cell system, the supply air regulator 13 functions as follows. That is, first, the residual fuel discharged by the fuel cell 1 is determined from the amount of the combustion raw material supplied to the combustor 6 by the combustion raw material controller 7 and the amount of the power generation raw material supplied to the fuel gas generator 2 by the power generation raw material controller 3. Calculate the amount of gas. Next, the air supply unit 8 is adjusted so that the excess air ratio λ = about 1.5 is supplied to the combustor 6 with respect to the calculated amount.
The excess air amount λ = 1.5 is an amount usually used to suppress generation of carbon monoxide due to incomplete combustion and maintain stable combustion. In the case of a system such as a phosphoric acid type fuel cell system capable of supplying the fuel gas discharged from the fuel gas generator 2 during operation to the fuel cell 1, the system always contains about 4.5 times as much hydrogen as the power generation material. Fuel gas is supplied to the fuel cell 1. Then, about 77% of the hydrogen is consumed by power generation, and the remaining fuel gas is discharged including the remaining about 23% of hydrogen. Therefore, the amount of hydrogen contained in the residual fuel gas can be calculated from the power generation raw material.
【０００８】しかし、固体高分子型燃料電池システムの
場合は、起動時に燃料ガス中に一酸化炭素が多く含まれ
る場合、燃料ガス切換弁１４により、水素を含んだ燃焼
ガスは燃料電池１には供給されず、すべて燃焼器６に供
給されることになる。そのため、燃料ガス中に含まれる
水素量と発電に利用される水素量との比が１．３倍程度
から大きくずれる事態が発生する。燃料電池に原料ガス
を供給する場合、安定的な発電反応を継続するために
は、反応に必要な量の１．２〜１．４倍程度の原料ガス
を供給しないと、水素と酸素を反応させる反応部の一部
で水素不足を生じることがある。したがって、すべての
運転状態において、残余燃料ガス中に含まれる水素の量
を発電原料から正確に算出することは極めて困難であ
り、残余燃料ガス中に含まれる水素量の算出値が実際の
水素量と大きく異なる場合がある。この場合、燃焼器６
の排気ガス中に多量の一酸化炭素が含まれたり、燃焼器
６が失火して、燃焼原料や残余燃料ガスが燃焼されずに
燃焼器６に供給され続けたりすることにより、爆発など
の危険な状態に陥る可能性もある。However, in the case of the polymer electrolyte fuel cell system, if the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of startup, the fuel gas switching valve 14 causes the combustion gas containing hydrogen to be supplied to the fuel cell 1. It is not supplied and all is supplied to the combustor 6. For this reason, a situation occurs in which the ratio of the amount of hydrogen contained in the fuel gas to the amount of hydrogen used for power generation is largely deviated from about 1.3 times. When supplying a raw material gas to a fuel cell, in order to maintain a stable power generation reaction, unless the raw material gas is supplied in an amount of about 1.2 to 1.4 times the amount required for the reaction, hydrogen and oxygen react with each other. In some cases, a shortage of hydrogen may occur in some of the reaction sections. Therefore, it is extremely difficult to accurately calculate the amount of hydrogen contained in the residual fuel gas from the power generation material in all operating states, and the calculated value of the amount of hydrogen contained in the residual fuel gas is the actual amount of hydrogen. And may differ significantly. In this case, the combustor 6
Exhaust gas contains a large amount of carbon monoxide, or the combustor 6 is misfired, and the combustion raw material and residual fuel gas are not supplied to the combustor 6 without being burned. There is a possibility of falling into a state.
【０００９】また、火炎の有無の検知には、通常、燃焼
器６の中にフレームロッド（図示せず。）を設置する。
このフレームロッドは、火炎がある場合に微小な電流を
発生するセンサーである。一方、起動時の時など、非常
に多量の水素が残余燃料ガスに含まれる場合には、燃料
ガス生成器２の温度を約７００℃に維持しようとする
と、燃焼原料の燃焼器６への供給を停止する場合があ
る。したがって、水素のみの燃焼時には火炎が発生して
も電流が発生しないため、前記フレームロッドでは、燃
焼器６において燃焼が正常に行われているのかどうか正
確に判断できないことになる。For detecting the presence or absence of a flame, a flame rod (not shown) is usually installed in the combustor 6.
The frame rod is a sensor that generates a small current when there is a flame. On the other hand, when a very large amount of hydrogen is contained in the residual fuel gas, such as at the time of start-up, when the temperature of the fuel gas generator 2 is to be maintained at about 700 ° C., the supply of the combustion raw material to the combustor 6 is performed. May be stopped. Therefore, during combustion of only hydrogen, no current is generated even if a flame is generated, so that the flame rod cannot accurately determine whether or not combustion is normally performed in the combustor 6.
【００１０】さらに、小型化が可能な固体高分子型燃料
電池システムは、実際の使用方法として、電力負荷に応
じて発電力を刻一刻と変化させて使用される場合もあ
る。電力負荷の変化速度に対して、燃料ガス生成器２が
燃料ガス生成量を変化させる速度は遅く、とりわけ燃料
ガスの生成量を増加させる時は、かなりの時間を有す
る。そのため、電力設定器１２が電力負荷に合わせて燃
料電池１の発電量を増加させてしまうと、燃料電池１で
燃料ガス不足を生じ、転極が発生して触媒が溶融し、燃
料電池の劣化が生じてしまう。逆に、燃料ガス生成量を
減少させるときは、電力負荷変動に近い燃料ガス生成量
の減少が可能であるが、電力設定器１２が電力負荷減少
時に燃料電池１の発電量を減少させる速度を必要以上に
遅くすると、燃料電池１で発電する電力が電力負荷に対
して余剰になり、余剰分は電力系統へ逆潮流される。し
かし、小規模な燃料電池システムの場合、逆潮流を行う
場合の売電料金は、受電料金よりもかなり低価格となる
ため、発電におけるコストが結果的に上昇してしまい、
燃料電池発電におけるユーザーのメリットが減少してし
まうという問題がある。Further, a polymer electrolyte fuel cell system which can be miniaturized may be used as an actual method of use in which the generated power is changed every moment according to the power load. The rate at which the fuel gas generator 2 changes the amount of fuel gas generation is slow relative to the rate of change of the electric power load, and especially when increasing the amount of fuel gas generation, there is considerable time. Therefore, if the power setter 12 increases the amount of power generated by the fuel cell 1 in accordance with the power load, the fuel cell 1 will run out of fuel gas, causing inversion and melting of the catalyst, deteriorating the fuel cell. Will occur. Conversely, when reducing the fuel gas generation amount, the fuel gas generation amount close to the power load fluctuation can be reduced. However, the speed at which the power setter 12 reduces the power generation amount of the fuel cell 1 when the power load decreases is reduced. If the delay is longer than necessary, the electric power generated by the fuel cell 1 becomes excessive with respect to the electric power load, and the surplus is reversely flown to the electric power system. However, in the case of a small-scale fuel cell system, the power selling price in the case of reverse power flow is considerably lower than the power receiving fee, so that the cost of power generation rises as a result,
There is a problem that the merit of the user in the fuel cell power generation is reduced.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、安定的で信頼性が高く、発電コストを低く維持でき
る運転を実現する燃料電池システムを提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system which is stable, has high reliability and realizes an operation capable of maintaining a low power generation cost.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上述のような問題点を解
決すべく、水素と酸素を反応させ電力を発生する燃料電
池、発電原料から水素を主成分とする燃料ガスを生成す
る燃料ガス生成器、燃焼原料と前記燃料電池より排出さ
れる残余燃料ガスとを燃焼し、前記燃料ガス生成器を燃
料ガスの生成に必要な温度に保つ燃焼器、前記燃焼器に
空気を供給する空気供給器、および前記空気供給器の供
給空気量を調節する空気量調節器を備える燃料電池シス
テムであって、前記空気量調節器が前記空気供給器の供
給空気量を調節し、燃焼原料を完全燃焼させ、かつ残余
燃料ガスに含まれる水素を完全燃焼させる量の空気を前
記燃焼器に送ることを特徴とする燃料電池システムを提
供する。この燃料電池システムにおいては、前記空気量
調節器が、燃焼原料の供給量と、発電原料の供給量およ
び前記燃料電池の発電電流から算出した残余燃料ガス中
に含まれる水素量とに基づいて、前記空気供給器の供給
空気量を調節するものであるのが有効である。In order to solve the above-mentioned problems, a fuel cell for generating electric power by reacting hydrogen and oxygen, and a fuel gas for generating a fuel gas containing hydrogen as a main component from a power generation raw material are provided. A combustor that burns a combustion raw material and residual fuel gas discharged from the fuel cell to maintain the fuel gas generator at a temperature required for generating fuel gas, and an air supply device that supplies air to the combustor And a fuel cell system including an air amount controller for adjusting an air supply amount of the air supply device, wherein the air amount adjustment device adjusts an air supply amount of the air supply device to completely burn the combustion raw material. And supplying an amount of air for completely combusting hydrogen contained in the residual fuel gas to the combustor. In this fuel cell system, the air regulator adjusts the supply amount of the combustion raw material, the supply amount of the power generation raw material, and the amount of hydrogen contained in the residual fuel gas calculated from the power generation current of the fuel cell. It is effective that the air supply amount of the air supply device is adjusted.
【００１３】また、本発明は、水素と酸素を反応させ電
力を発生する燃料電池、発電原料から水素を主成分とす
る燃料ガスを生成する燃料ガス生成器、燃焼原料と前記
燃料電池より排出される残余燃料ガスとを燃焼し、前記
燃料ガス生成器を燃料ガスの生成に必要な温度に保つ燃
焼器、前記燃焼器に供給する燃焼原料の量を調節する燃
焼原料調節器を備え、前記燃焼器が燃焼を行う際に、前
記燃焼原料調節器があらかじめ定められた一定量以上の
燃焼原料を前記燃焼器に供給することを特徴とする燃料
電池システムを提供する。ここで、「あらかじめ定めら
れた一定量以上」とは、これ以上燃焼ガスの供給量を減
少させてしまうと、火炎が実際に存在するにも拘わら
ず、フレームロッドで火炎検知が困難になってしまう程
度の燃焼原料供給量をいう。さらに、本発明は、水素と
酸素を反応させ電力を発生する燃料電池および燃料電池
の発電電力を決定する電力設定器を有し、運転時におい
て、電力負荷が発電電力よりも大きい場合に、電力設定
器が徐々に発電電力を増加させ、電力負荷が発電電力よ
りも小さい場合には、発電電力を瞬時に減少させること
を特徴とする燃料電池システムをも提供する。Further, the present invention provides a fuel cell which generates electric power by reacting hydrogen and oxygen, a fuel gas generator which generates a fuel gas containing hydrogen as a main component from a power generation raw material, a combustion raw material and a gas discharged from the fuel cell. A combustor that burns the remaining fuel gas to maintain the temperature of the fuel gas generator at a temperature required for fuel gas generation, and a combustion material regulator that regulates the amount of combustion material supplied to the combustor. The fuel cell system is characterized in that when the combustor performs combustion, the combustion material controller supplies a predetermined amount or more of combustion material to the combustor. Here, "more than a predetermined amount" means that if the supply amount of the combustion gas is further reduced, flame detection becomes difficult with a frame rod even though a flame actually exists. The amount of combustion raw material supplied to such an extent as to cause waste. Further, the present invention has a fuel cell that generates power by reacting hydrogen and oxygen, and a power setter that determines the generated power of the fuel cell. In operation, when the power load is larger than the generated power, A fuel cell system is also provided, wherein the setter gradually increases the generated power, and when the power load is smaller than the generated power, the generated power is instantaneously reduced.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。 《第１の実施の形態》図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る固体高分子電解質型燃料電池システムの構成図
である。本実施の形態における固体高分子電解質型燃料
電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を
行う燃料電池１、天然ガスなどの発電原料を水蒸気改質
して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生
成器２、発電に必要な水素量の１．３倍程度の水素を含
む量の燃料ガスを供給するように発電原料および水の流
量を制御する発電原料制御器３、燃料ガスを加湿する燃
料側加湿器４、燃料電池１から排出される残余燃料ガス
中の水分を分離する燃料側気水分離器５、天然ガスなど
の燃焼原料と水素を含む残余燃料ガスを燃焼する燃焼器
６、燃焼器６へ供給する燃焼原料の流量を調節して燃料
ガス生成器２の温度を発電原料から水素に富んだ燃料ガ
スを生成するのに必要な温度（約７００℃）に維持する
燃焼原料調節器７、燃焼器６へ燃焼用の空気を供給する
空気供給器８、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池１に
供給するブロア９、供給空気を加湿する空気側加湿器１
０、燃料電池１から排出される空気中の水分を分離する
空気側気水分離器１１、燃料電池１を電力負荷と電力系
統に連携される形で接続し、燃料電池１の発電する電力
を設定する電力設定器１２、燃焼原料と残余燃料ガスが
完全燃焼するように空気供給器８が燃焼器６に供給する
空気量を調整する供給空気調節器１３、および燃料ガス
生成器２から排出された燃料ガスを燃料電池１へ供給す
るか、バイパス管１５を経由して燃料側気水分離器５へ
送るかを切換える燃料ガス切換弁１４を有する。上記の
各構成要素において、図６および図７で示した従来の燃
料電池システムのものと同じ機能を有するものについて
は、同一符号を用いた。これらの機能の詳細は、図６お
よび図７で示した従来の燃料電池システムのものと同様
である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. << First Embodiment >> FIG. 1 is a configuration diagram of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The solid polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell 1 that generates power using a fuel gas and an oxidizing gas, and a fuel containing hydrogen as a main component by steam-reforming a power generation material such as natural gas. A fuel gas generator 2 for generating gas, a power generation material controller 3 for controlling the flow rates of the power generation material and water so as to supply a fuel gas in an amount containing about 1.3 times the amount of hydrogen required for power generation, A fuel-side humidifier 4 for humidifying the fuel gas; a fuel-side steam-water separator 5 for separating moisture in the residual fuel gas discharged from the fuel cell 1; and a residual fuel gas containing hydrogen and a raw material for combustion such as natural gas. The temperature of the fuel gas generator 2 is adjusted to a temperature (about 700 ° C.) necessary for generating a hydrogen-rich fuel gas from the power generation material by adjusting the flow rate of the combustion material supplied to the combustion device 6 and the combustion device 6. Combustion material controller 7 to maintain, combustor Air supply device 8 for supplying air for combustion to the air blower and supplied to the fuel cell 1 9 as an oxidant gas, an air-side humidifier 1 to humidify the supply air
0, an air-side water / water separator 11 for separating moisture in the air discharged from the fuel cell 1, and connecting the fuel cell 1 to the electric power load and the electric power system in cooperation with each other so that the electric power generated by the fuel cell 1 is The power setter 12 to be set, the supply air regulator 13 for adjusting the amount of air supplied to the combustor 6 by the air supplier 8 so that the combustion raw material and the residual fuel gas are completely burned, and the fuel gas generator 2 discharges The fuel gas switching valve 14 switches between supplying the fuel gas to the fuel cell 1 and sending the fuel gas to the fuel-side steam separator 5 via the bypass pipe 15. In the above components, those having the same functions as those of the conventional fuel cell system shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals. Details of these functions are the same as those of the conventional fuel cell system shown in FIGS.
【００１５】つぎに、図１に示す燃料電池システムの動
作方法について説明する。図２は、本発明における供給
空気調節器１３の動作方法を示すフローチャートであ
る。まず、発電原料制御器３が設定した発電原料の供給
量と燃料電池１が発電している時の電流値から残余燃料
ガス中の水素量を演算する（００１）。演算手法は、以
下のとおりである。例えば、発電原料として都市ガス１
３Ａを用いる場合、都市ガス１３Ａの組成が、メタン８
８％、エタン６％、プロパン４％、ブタン２％であり、
ここに水を加えて燃料ガスである水素を生成させること
から、メタンに対しては、 ＣＨ4 ＋ ２Ｈ2Ｏ ＝ ＣＯ2 ＋ ４Ｈ2Ｏ により、４倍の水素が発生する。これと同様に他の成分
についても計算すると、都市ガスに対して約４．５倍の
水素が発生することになる。したがって発電原料(都市
ガス１３Ａ)の供給量がβ［リットル／ｍｉｎ］の場
合、燃料ガス生成器２で生成される燃料ガスの量はβ
［リットル／ｍｉｎ］の約４．５倍である。そのときの
燃料電池１の発電電流がγ［Ａ］であれば、燃料電池１
で水素は（γ×０．５６）［リットル／ｍｉｎ］程度消
費されるため、残余燃料ガスに含まれる水素量は、（β
−γ×０．５６）［リットル／ｍｉｎ］となる。Next, an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the supply air regulator 13 in the present invention. First, the amount of hydrogen in the residual fuel gas is calculated from the supply amount of the power generation material set by the power generation material controller 3 and the current value when the fuel cell 1 is generating power (001). The calculation method is as follows. For example, city gas 1
When 3A is used, the composition of city gas 13A is methane 8
8%, ethane 6%, propane 4%, butane 2%,
Since water is added to generate hydrogen as a fuel gas, four times as much hydrogen is generated as methane by CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 O. Similarly, if other components are calculated, about 4.5 times as much hydrogen is generated as city gas. Therefore, when the supply amount of the power generation material (city gas 13A) is β [liter / min], the amount of the fuel gas generated by the fuel gas generator 2 is β
It is about 4.5 times [liter / min]. If the generated current of the fuel cell 1 at that time is γ [A], the fuel cell 1
At about (γ × 0.56) [liter / min], the amount of hydrogen contained in the residual fuel gas is (β
−γ × 0.56) [liter / min].
【００１６】つぎに、残余燃料ガス中の水素量から燃焼
器６へ供給する空気供給量候補値Ａ２を決定する（００
２）。空気供給量候補値Ａ２は、空気過剰率λが１．５
になるように（β×０．７５−γ×０．４２）[リット
ル／ｍｉｎ]と決める。つぎに、供給空気調節器１３
は、燃焼原料調節器７が設定した燃焼原料の供給量より
燃焼器６へ供給する空気供給量候補値Ａ２を決定する
（００３）。一方、Ａ１は以下のような演算で決定す
る。燃焼原料調節器７が設定した燃焼原料(都市ガス１
３Ａ)の供給量がα[リットル／ｍｉｎ][の場合、空気過
剰率λが１．５になるように空気の供給量はα[リット
ル／ｍｉｎ]の１５倍に決定する。 ここで、燃焼原料
ガスと空気の関係については、 ＣＨ4 ＋ ２Ｏ2 ＝ ＣＯ2 ＋ ２Ｈ2Ｏ により、メタンに対して２倍の酸素が必要となる。同様
に、都市ガスの他の成分についても計算すると、都市ガ
スに対して約２．１倍の酸素が必要となる。そして空気
中の酸素濃度は約２１％であることから、空気は都市ガ
スの約１０倍必要になり、さらに空気過剰量をλ＝１．
５とすると空気供給量は約１５倍になる。ついで、空気
供給量候補値Ａ１と空気供給量候補値Ａ２とを加算し
て、燃焼器６へ送る空気供給量Ａ０を決定する（００
４）。そして、最後に、燃焼器６へ送る空気供給量がＡ
０になるように空気供給器８を調節する（００５）。以
上のように、発電原料の供給量と燃料電池１の発電電流
から残余燃料ガス中の水素量を算出し、残余燃料ガス中
の水素と燃料原料とをすべて完全燃焼させるだけの空気
量を燃焼器６へ供給することにより、燃焼排ガス中の一
酸化炭素を最小限に抑えながら、燃焼器６において安定
燃焼を実現できるため、起動から通常発電時にわたって
安定した燃料電池システムの運転が可能となる。Next, an air supply amount candidate value A2 to be supplied to the combustor 6 is determined from the amount of hydrogen in the residual fuel gas (00).
2). The air supply amount candidate value A2 is such that the excess air ratio λ is 1.5.
(Β × 0.75-γ × 0.42) [liter / min]. Next, the supply air controller 13
Determines the air supply amount candidate value A2 to be supplied to the combustor 6 from the combustion material supply amount set by the combustion material controller 7 (003). On the other hand, A1 is determined by the following calculation. The combustion material (city gas 1) set by the combustion material controller 7
When the supply amount of 3A) is α [liter / min] [, the supply amount of air is determined to be 15 times α [liter / min] so that the excess air ratio λ becomes 1.5. Here, regarding the relationship between the combustion raw material gas and the air, CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O requires twice as much oxygen as methane. Similarly, when calculating the other components of the city gas, about 2.1 times as much oxygen as the city gas is required. Since the oxygen concentration in the air is about 21%, the air needs to be about 10 times as large as city gas, and the excess amount of air is λ = 1.
If it is set to 5, the air supply becomes about 15 times. Next, the air supply amount candidate value A1 and the air supply amount candidate value A2 are added to determine the air supply amount A0 to be sent to the combustor 6 (00
4). And finally, the air supply amount sent to the combustor 6 is A
The air supply 8 is adjusted to be zero (005). As described above, the amount of hydrogen in the remaining fuel gas is calculated from the supply amount of the power generation material and the power generation current of the fuel cell 1, and the amount of air sufficient to completely burn all the hydrogen in the remaining fuel gas and the fuel material is burned. By supplying the fuel to the combustor 6, stable combustion can be realized in the combustor 6 while minimizing carbon monoxide in the combustion exhaust gas, so that stable operation of the fuel cell system from startup to normal power generation becomes possible. .
【００１７】《第２の実施の形態》つぎに、本発明の第
２の実施の形態に係る燃料電池システムについて、図面
を参照しながら説明する。本発明の第２の実施の形態に
係る燃料電池システムの構成は、図１に示した第１の実
施の形態と同様であり、それらの機能の詳細は、図１で
示した第１の実施の形態の燃料電池システムのものに準
ずる。図３は、本発明における燃焼原料調節器７の動作
方法を示すフローチャートである。まず、燃焼原料調節
器７は燃料ガス生成器２の温度Ｔｒを計測する（０１
１）。つぎに、温度Ｔｒと燃料ガス生成器２の温度目標
値７００℃と比較を行う（０１２）。温度Ｔｒが７００
℃よりも高い場合には、燃焼原料候補値Ｑ０を現在の燃
焼原料供給量ＱからΔＱだけ減少させた値に設定し（０
１３）、温度Ｔｒが７００℃よりも低い場合には、燃焼
原料候補値Ｑ０を現在の燃焼原料供給量ＱからΔＱだけ
増加させた値に設定する（０１４）。ここで、ΔＱは、
つぎのような方法により決定することができる。まず、
実験データをもとに、温度Ｔｒと目標温度との差や、温
度の変化量などから燃焼原料のの候補値のテーブルを作
成しておくことにより決定することができる。また、温
度Ｔｒと目標温度との差、変化量、差の積分値から燃焼
原料の候補値を求めるＰＩＤ制御という制御方式を用い
ることもできる。つぎに、燃焼原料候補値Ｑ０と燃焼原
料下限値を比較して（０１５）、燃焼原料候補値Ｑ０が
燃焼原料下限値よりも小さい場合には、燃焼原料候補値
Ｑ０を下限値に変更する（０１６）。最後に、燃焼原料
供給量Qを燃焼原料候補値Ｑ０に設定する。以上のよう
に燃焼原料調節器７を用いて燃焼原料供給量を決定する
ことにより、最低限の燃焼原料が燃焼器６に送られるた
め、失火する危険性が極めて少なくなるとともに、火炎
を通常のフレームロッドで常時検出することが可能にな
り、システムも信頼性を維持することができる。<< Second Embodiment >> Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and details of their functions are described in the first embodiment shown in FIG. Of the fuel cell system of the embodiment. FIG. 3 is a flowchart showing an operation method of the combustion material controller 7 in the present invention. First, the combustion raw material controller 7 measures the temperature Tr of the fuel gas generator 2 (01
1). Next, the temperature Tr is compared with a target temperature of 700 ° C. of the fuel gas generator 2 (012). Temperature Tr is 700
If the temperature is higher than 0 ° C., the combustion raw material candidate value Q0 is set to a value obtained by reducing the current combustion raw material supply amount Q by ΔQ (0
13) If the temperature Tr is lower than 700 ° C., the combustion raw material candidate value Q0 is set to a value obtained by increasing ΔQ from the current combustion raw material supply amount Q (014). Where ΔQ is
It can be determined by the following method. First,
It can be determined by creating a table of candidate values of the combustion raw material from the difference between the temperature Tr and the target temperature, the amount of change in the temperature, and the like based on the experimental data. Further, a control method called PID control for obtaining a candidate value of the combustion raw material from the difference between the temperature Tr and the target temperature, the amount of change, and the integrated value of the difference can also be used. Next, the combustion raw material candidate value Q0 is compared with the combustion raw material lower limit value (015). If the combustion raw material candidate value Q0 is smaller than the combustion raw material lower limit value, the combustion raw material candidate value Q0 is changed to the lower limit value ( 016). Finally, the combustion raw material supply amount Q is set to the combustion raw material candidate value Q0. By determining the supply amount of the combustion raw material using the combustion raw material controller 7 as described above, the minimum amount of the combustion raw material is sent to the combustor 6, so that the risk of misfiring is extremely reduced, and the flame is reduced to a normal value. It becomes possible to always detect with the frame rod, and the system can maintain reliability.
【００１８】《第３の実施の形態》つぎに、本発明の第
３の実施の形態に係る燃料電池システムを、図面を参照
しながら説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態
における燃料電池システムを示す構成図である。本発明
の第３の実施の形態における燃料電池システムの各構成
要素について、図１に示した第１の実施の形態と同じ機
能を有するものについては、同一符号を用いた。また、
それらの機能の詳細は、図１に示した第１の実施の形態
の燃料電池システムのものに準ずる。図４は、本発明に
おける電力設定器１２の動作方法を示すフローチャート
である。Third Embodiment Next, a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. Regarding each component of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention, components having the same functions as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Also,
Details of those functions are the same as those of the fuel cell system of the first embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an operation method of the power setting device 12 according to the present invention.
【００１９】まず、電力設定器１２は現在時刻をＴｍと
して記憶し（０３１）、現在の電力負荷Ｗを検出する
（０３２）。つぎに、電力負荷Ｗとシステムの発電電力
設定値Ｐを比較して（０３３）、電力負荷Ｗが発電電力
設定値Ｐより小さい場合には、発電電力設定値Ｐの値を
現在の電力負荷Ｗに一致させる（０３４）。ついで、減
少させた電力設定値Ｐに相当する量の発電原料と水を供
給するように発電原料制御器３に指令を送り（０３
５）、現在時刻Ｔｍを前回制御時刻Ｔｗとして記憶する
（０３６）。一方、電力負荷Ｗとシステムの発電電力設
定値Ｐを比較して（０３３）、電力負荷Ｗが発電電力設
定値Ｐより大きい場合には、現在時刻から時間ΔＴ後に
システムが増加可能な発電電力増加量Ｐｗを演算する
（０３７）。発電電力増加量Ｐｗは主として燃料ガス生
成器２が燃焼ガス中の一酸化炭素濃度を充分低く抑えな
がら燃料ガス生成能力を増加させる速度に対応した発電
電力増加量であって、例えば、時間ΔＴ＝１分間に対し
て、Ｐｗは定格発電電力の１０分の１程度となる。つぎ
に、現在時刻Ｔｍと前回制御時刻Ｔｗから時間ΔＴ経過
した時刻と比較して（０３８）、現在時刻Ｔｍが前回制
御時刻Ｔｗから時間ΔＴ経過した時刻よりも前であれ
ば、現在の発電電力設定値ＰよりもＰｗだけ増加させた
発電電力に相当する量の発電原料と水を供給するように
発電原料制御器３に指令を送る（０３９）。また、現在
時刻Ｔｍと前回制御時刻Ｔｗから時間ΔＴ経過した時刻
と比較して（０３８）、現在時刻Ｔｍが前回制御時刻Ｔ
ｗから時間ΔＴ経過した時刻を過ぎていれば、発電電力
設定値を現在の発電電力設定値ＰよりもＰｗだけ増加さ
せる（０４０）。First, the power setting unit 12 stores the current time as Tm (031) and detects the current power load W (032). Next, the power load W is compared with the generated power set value P of the system (033). If the power load W is smaller than the generated power set value P, the value of the generated power set value P is changed to the current power load W. (034). Next, a command is sent to the power generation material controller 3 to supply the power generation material and water in an amount corresponding to the reduced power set value P (03
5) The current time Tm is stored as the previous control time Tw (036). On the other hand, the power load W is compared with the generated power set value P of the system (033). When the power load W is larger than the generated power set value P, the generated power increase that the system can increase after the time ΔT from the current time. The quantity Pw is calculated (037). The generated power increase Pw is mainly a generated power increase corresponding to the speed at which the fuel gas generator 2 increases the fuel gas generation capability while keeping the concentration of carbon monoxide in the combustion gas sufficiently low. For example, the time ΔT = For one minute, Pw is about one-tenth of the rated generated power. Next, the current time Tm is compared with the time at which the time ΔT has elapsed from the previous control time Tw (038). If the current time Tm is before the time at which the time ΔT has elapsed from the previous control time Tw, the current generated power A command is sent to the power generation material controller 3 to supply the power generation material and water in an amount corresponding to the generated power increased by Pw from the set value P (039). Further, the current time Tm is compared with the time when the time ΔT has elapsed since the previous control time Tw (038), and the current time Tm is compared with the previous control time T.
If the time ΔT has passed since w, the generated power set value is increased by Pw from the current generated power set value P (040).
【００２０】ここで、０３９と０４０の２種の制御工程
を用いるのは以下の理由による。すなわち、燃焼ガス生
成器は都市ガスを燃焼ガスへ化学変化させる化学プラン
トのようなものであるため、燃焼ガスを急激に下げる変
化は、化学反応の速度などを低下させることであり、特
に問題はない。ところが、燃料ガスを急激に増やす変化
は、化学反応速度を上昇させる必要があるところ、瞬時
に燃料ガスを増加させると、都市ガスが充分に水素に変
換されなかったり、燃料ガス中に一酸化炭素が多量に含
まれてしまうという不具合が生じる。一方、燃料電池の
発電量は電気的な変化であるため瞬時に変更することも
可能であるが、瞬時に発電量を増加させてしまうと、燃
料ガス生成器より供給される燃料の量を対応させて増加
させることができず、燃料電池内部で燃料ガスが不足
し、逆に発電量を不足させて燃料電池の特性を悪化させ
ることになる。そこで、燃料ガス増加時は、燃料ガス生
成器が燃料ガス供給量を増加可能な速度で、ゆっくりと
発電量を増やしていく必要があるのである。Here, two control processes of 039 and 040 are used for the following reasons. That is, since the combustion gas generator is like a chemical plant that chemically converts city gas into combustion gas, a change that rapidly reduces combustion gas is to decrease the speed of a chemical reaction and the like. Absent. However, a sudden increase in fuel gas requires a chemical reaction rate increase.If fuel gas is increased instantaneously, city gas is not sufficiently converted to hydrogen, or carbon monoxide is contained in fuel gas. Is contained in a large amount. On the other hand, the amount of power generated by the fuel cell is an electrical change and can be changed instantaneously, but if the amount of power generation is increased instantaneously, the amount of fuel supplied from the fuel gas generator will be As a result, the fuel gas runs short inside the fuel cell, and conversely, the amount of power generation becomes short and the characteristics of the fuel cell deteriorate. Therefore, when the fuel gas is increased, it is necessary to gradually increase the power generation amount at a speed at which the fuel gas generator can increase the fuel gas supply amount.
【００２１】以上のように、発電電力を即座に減少さ
せ、発電負荷が現在の発電電力より大きい場合には、燃
料ガス生成器２の燃料ガス生成能力の増加可能な速度に
応じて発電電力を増加させていくことにより、燃料電池
１において燃料ガス不足が発生せず、安定した、信頼性
の高い燃料電池システムの運転が可能となる。また、発
電負荷が現在の発電電力より小さい場合は、発電電力を
即座に減少させることにより、不必要に燃料電池システ
ムで発電した電力を電力系統へ逆潮流することが無くな
り、発電コストの減少を招くことがない。なお、本発明
の第１の実施の形態および第２の実施の形態において、
燃焼原料と残余燃焼ガスを燃焼する燃焼器および空気供
給器は１つの例で説明したが、燃焼原料を燃焼する燃焼
器と空気供給器と、残余燃焼ガスを燃焼する燃焼器と空
気供給器との２つに分けて構成してもよく、同様の効果
が得られる。As described above, the generated power is immediately reduced, and when the power generation load is larger than the current generated power, the generated power is reduced according to the speed at which the fuel gas generator 2 can increase the fuel gas generation capacity. By increasing the number of fuel cells, a fuel gas shortage does not occur in the fuel cell 1, and a stable and reliable operation of the fuel cell system becomes possible. In addition, when the power generation load is smaller than the current power generation, the power generation is immediately reduced, so that the power generated by the fuel cell system does not needlessly flow back to the power system, thereby reducing the power generation cost. I will not invite you. Note that in the first embodiment and the second embodiment of the present invention,
Although the combustor and the air supply device for burning the combustion raw material and the residual combustion gas have been described in one example, the combustor and the air supply device for burning the combustion raw material, the combustor and the air supply device for burning the residual combustion gas, and the like. And the same effect can be obtained.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、安定的かつ信頼性の高い燃料電池システ
ムの運転と発電コストを低く維持する運転を実現する燃
料電池システムを提供することができる。すなわち、空
気供給器８において燃焼器６へ供給する燃焼用の空気量
を、発電原料の供給量と燃料電池１の発電電流とを用い
て算出した残余燃料ガス中に含まれる水素量と、燃焼原
料の量に基づいて調節することにより、起動から通常発
電時にわたって安定した燃料電池システムの運転が可能
となる。また、前記燃焼原料調節器７は、あらかじめ定
められた一定量以上の燃焼原料を燃焼器６に供給するこ
とにより、すべての運転状態にわたって正確にフレーム
ロッドによる火炎検出を可能とし、燃料電池システムの
信頼性を向上させることが可能となる。さらに、電力設
定器１２は、電力負荷が現在の発電電力よりも大きい場
合は、ゆっくりと発電電力を増加させ、電力負荷が現在
の発電電力よりも小さい場合には、発電電力を瞬時に減
少させることにより、不必要な発電電力の電力系統への
逆潮流を無くし、コストの低く抑えながら安定した燃料
電池システムの運転が可能となる。As is apparent from the above description, the present invention provides a fuel cell system that realizes stable and reliable operation of the fuel cell system and operation that maintains low power generation costs. it can. That is, the amount of combustion air supplied to the combustor 6 in the air supply unit 8 is calculated by using the supply amount of the power generation raw material and the generation current of the fuel cell 1, the amount of hydrogen contained in the residual fuel gas, and the amount of combustion. By performing the adjustment based on the amount of the raw material, a stable operation of the fuel cell system from the start to the time of normal power generation becomes possible. Further, the combustion material controller 7 supplies the combustion material 6 in a predetermined amount or more to the combustor 6, thereby enabling accurate flame detection by the flame rod over all operation states, and Reliability can be improved. Further, the power setting unit 12 slowly increases the generated power when the power load is larger than the current generated power, and instantaneously decreases the generated power when the power load is smaller than the current generated power. As a result, unnecessary reverse power flow of generated power to the power system can be eliminated, and stable operation of the fuel cell system can be achieved while keeping costs low.
【図１】本発明の第１の実施の形態および第２の実施の
形態に係る燃料電池システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment and a second embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池シス
テムにおける供給空気調節器１３の動作方法を示すフロ
ーチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the supply air regulator 13 in the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池シス
テムにおける燃焼原料調節器７の動作方法を示すフロー
チャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an operation method of a combustion material controller 7 in a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池シス
テムにおける電力設定器１２の動作方法を示すフローチ
ャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation method of a power setting device 12 in a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の実施の形態および第３の実施の
形態に係る燃料電池システムの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment and a third embodiment of the present invention.
【図６】従来の固体高分子電解質型以外の燃料電池シス
テムの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional fuel cell system other than the solid polymer electrolyte type.
【図７】従来の固体高分子電解質型燃料電池システムの
構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell system.
１ 燃料電池 ２ 燃料ガス生成器 ３ 発電原料制御器 ４ 燃料側加湿器 ５ 燃料側気水分離器 ６ 燃焼器 ７ 燃焼原料調節器 ８ 空気供給器 ９ ブロア １０ 空気側加湿器 １１ 空気側気水分離器 １２ 電力設定器 １３ 供給空気調節器 １４ 燃料ガス切換弁 １５ バイパス管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel gas generator 3 Power generation raw material controller 4 Fuel side humidifier 5 Fuel side water / water separator 6 Combustor 7 Combustion raw material regulator 8 Air supply unit 9 Blower 10 Air side humidifier 11 Air side water / water separation 12 Power setting device 13 Supply air regulator 14 Fuel gas switching valve 15 Bypass pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 懸 忍 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 AA06 BA01 BA09 KK52 KK56 MM13 MM26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Koshino 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5H027 AA02 AA06 BA01 BA09 KK52 KK56 MM13 MM26
Claims (4)
料電池、発電原料から水素を主成分とする燃料ガスを生
成する燃料ガス生成器、燃焼原料と前記燃料電池より排
出される残余燃料ガスとを燃焼し、前記燃料ガス生成器
を燃料ガスの生成に必要な温度に保つ燃焼器、前記燃焼
器に空気を供給する空気供給器、および前記空気供給器
の供給空気量を調節する空気量調節器を備える燃料電池
システムであって、 前記空気量調節器が前記空気供給器の供給空気量を調節
し、燃焼原料を完全燃焼させ、かつ残余燃料ガスに含ま
れる水素を完全燃焼させる量の空気を前記燃焼器に送る
ことを特徴とする燃料電池システム。1. A fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen, a fuel gas generator that generates a fuel gas containing hydrogen as a main component from a power generation raw material, a combustion raw material, and a residual fuel gas discharged from the fuel cell A combustor for burning the fuel gas generator at a temperature necessary for generating fuel gas, an air supply device for supplying air to the combustor, and an air amount for adjusting an air supply amount of the air supply device. A fuel cell system comprising a regulator, wherein the air amount regulator regulates an amount of air supplied to the air supply device to completely burn a combustion raw material and completely burn hydrogen contained in a residual fuel gas. A fuel cell system for sending air to the combustor.
と、発電原料の供給量および前記燃料電池の発電電流か
ら算出した残余燃料ガス中に含まれる水素量とに基づい
て、前記空気供給器の供給空気量を調節することを特徴
とする請求項１に記載の燃料電池システム。2. The method according to claim 1, wherein the air amount controller is configured to supply the air based on a supply amount of the combustion raw material, a supply amount of the power generation raw material, and an amount of hydrogen contained in the residual fuel gas calculated from a power generation current of the fuel cell. The fuel cell system according to claim 1, wherein the amount of air supplied from the supply device is adjusted.
料電池、発電原料から水素を主成分とする燃料ガスを生
成する燃料ガス生成器、燃焼原料と前記燃料電池より排
出される残余燃料ガスとを燃焼し、前記燃料ガス生成器
を燃料ガスの生成に必要な温度に保つ燃焼器、前記燃焼
器に供給する燃焼原料の量を調節する燃焼原料調節器を
備え、 前記燃焼器が燃焼を行う際に、前記燃焼原料調節器があ
らかじめ定められた一定量以上の燃焼原料を前記燃焼器
に供給することを特徴とする燃料電池システム。3. A fuel cell that generates electric power by reacting hydrogen and oxygen, a fuel gas generator that generates a fuel gas containing hydrogen as a main component from a power generation raw material, a combustion raw material, and a residual fuel gas discharged from the fuel cell. A combustor that burns the fuel gas generator at a temperature required for generating fuel gas, and a combustion material regulator that regulates the amount of combustion material supplied to the combustor. A fuel cell system, wherein, when performing, the combustion material controller supplies a predetermined amount or more of combustion material to the combustor.
料電池および燃料電池の発電電力を決定する電力設定器
を有し、 運転時において、電力負荷が発電電力よりも大きい場合
に、電力設定器が徐々に発電電力を増加させ、電力負荷
が発電電力よりも小さい場合には、発電電力を瞬時に減
少させることを特徴とする燃料電池システム。4. A fuel cell for generating electric power by reacting hydrogen and oxygen, and a power setting device for determining a generated electric power of the fuel cell. In operation, when a power load is larger than the generated electric power, the power setting is performed. A fuel cell system characterized in that the generator gradually increases the generated power, and when the power load is smaller than the generated power, the generated power is instantaneously reduced.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36315799A JP2001176528A (en) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | Fuel cell system |
| PCT/JP2000/008378 WO2001041244A1 (en) | 1999-11-29 | 2000-11-28 | Fuel cell system and method of operating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36315799A JP2001176528A (en) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | Fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001176528A true JP2001176528A (en) | 2001-06-29 |
Family
ID=18478639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36315799A Pending JP2001176528A (en) | 1999-11-29 | 1999-12-21 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001176528A (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001201046A (en) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | Burner and fuel cell generating system |
| US6841286B2 (en) | 2001-11-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2005294135A (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Fuel cell system and operation method therefor |
| JP2006196203A (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Casio Comput Co Ltd | Power supply system and control unit of power supply system, and control method of power supply system |
| WO2006087994A1 (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2006228654A (en) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell generator, and operation method, program, and recording medium of the same |
| WO2007123136A1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
| WO2008126353A1 (en) * | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | Fuel cell system and fuel cell system operation method |
| US8012640B2 (en) | 2002-05-15 | 2011-09-06 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
| US8158295B2 (en) | 2004-10-26 | 2012-04-17 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
-
1999
- 1999-12-21 JP JP36315799A patent/JP2001176528A/en active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001201046A (en) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | Burner and fuel cell generating system |
| US6841286B2 (en) | 2001-11-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US8263281B2 (en) | 2002-05-15 | 2012-09-11 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
| US8012640B2 (en) | 2002-05-15 | 2011-09-06 | Panasonic Corporation | Method for operating fuel-cell electricity-generating device |
| JP2005294135A (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Fuel cell system and operation method therefor |
| US8158295B2 (en) | 2004-10-26 | 2012-04-17 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
| JP4513572B2 (en) * | 2005-01-11 | 2010-07-28 | カシオ計算機株式会社 | Power supply system, control device for power supply system, and control method for power supply system |
| JP2006196203A (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Casio Comput Co Ltd | Power supply system and control unit of power supply system, and control method of power supply system |
| US7887967B2 (en) | 2005-01-11 | 2011-02-15 | Casio Computer Co., Ltd. | Power source system and control method thereof |
| WO2006087994A1 (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US9509006B2 (en) | 2005-02-18 | 2016-11-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2010097948A (en) * | 2005-02-18 | 2010-04-30 | Panasonic Corp | Fuel cell system |
| JP4510877B2 (en) * | 2005-02-18 | 2010-07-28 | パナソニック株式会社 | Fuel cell system |
| JPWO2006087994A1 (en) * | 2005-02-18 | 2008-07-03 | 松下電器産業株式会社 | Fuel cell system |
| JP2006228654A (en) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell generator, and operation method, program, and recording medium of the same |
| US8067122B2 (en) | 2006-04-19 | 2011-11-29 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
| WO2007123136A1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
| JP5213703B2 (en) * | 2006-04-19 | 2013-06-19 | パナソニック株式会社 | Fuel cell system |
| US8318365B2 (en) | 2007-03-14 | 2012-11-27 | Panasonic Corporation | Fuel cell system with bypass path and operation method for controlling bypass path of fuel cell system |
| WO2008126353A1 (en) * | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | Fuel cell system and fuel cell system operation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004179149A (en) | Fuel cell system | |
| JP2004178962A (en) | Fuel cell power generating system using hydrogen manufacturing device having combustor | |
| JP2009259849A (en) | Fuel cell power generator | |
| JP5135209B2 (en) | HYDROGEN GENERATOR, FUEL CELL SYSTEM HAVING THE SAME, AND METHOD FOR OPERATING THE SAME | |
| JP5204757B2 (en) | Hydrogen generator, operating method thereof, and fuel cell system, | |
| JP2001176528A (en) | Fuel cell system | |
| EP3264508B1 (en) | Fuel cell system and method for operating the same | |
| JP6826436B2 (en) | Fuel cell system and its operation method | |
| JP4870909B2 (en) | Fuel cell power generator | |
| JPWO2005018035A1 (en) | FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM, METHOD FOR DETECTING DEGRADATION OF THE REFORMER, AND FUEL CELL POWER GENERATION METHOD | |
| JP2004047438A (en) | Operation control method of fuel cell generator | |
| JP7126393B2 (en) | fuel cell system | |
| JP3212181B2 (en) | Method and apparatus for controlling combustion air amount of fuel cell fuel off-gas | |
| JP2019212466A (en) | Fuel cell system and start-up control program | |
| JP2006027965A (en) | Hydrogen generator and fuel cell power generation system | |
| JP2004039420A (en) | Fuel cell power generation system | |
| JP2008269887A (en) | Fuel cell system | |
| JP2001325975A (en) | Fuel cell power generation apparatus and its control method | |
| JP5026009B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP7257640B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR STOPPING FUEL CELL SYSTEM | |
| JPH01251561A (en) | Control of combustor for fuel cell reformer | |
| JP7018733B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP5511419B2 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
| WO2001041244A1 (en) | Fuel cell system and method of operating the same | |
| JP2002050377A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050317 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050721 |