JP2001202981A - 燃料電池運転制御システム及び方法 - Google Patents
燃料電池運転制御システム及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の外部因子に影響なく燃料電池を長
期間に亙って運転可能とする燃料電池運転制御システム
を提供することを課題とする。 【解決手段】 燃料電池１１から排出される燃料排ガス
１３を排出する燃料ガス排出ラインＬ2 と、上記燃料電
池１１へ外部から空気１４を供給する空気供給ラインＬ
3 と、上記燃料電池１１からの排空気１５を排出する空
気排出ラインＬ4と、上記空気供給ラインＬ3 及び空気
排出ラインＬ4 に介装され、供給する空気１４を排空気
１５の排熱で予熱する空気予熱器１６と、上記空気供給
ラインＬ3から分枝され、上記空気予熱器１６を迂回し
て空気を予熱せずに空気を供給するバイパスラインＬ5
と、上記燃料電池１１内の温度を測定する温度計３１
と、該温度計１７の温度情報、供給する空気の各々のラ
インＬ3 ，Ｌ4 ，Ｌ5 の空気流量情報を演算処理する演
算器３２とを具備してなる。
期間に亙って運転可能とする燃料電池運転制御システム
を提供することを課題とする。 【解決手段】 燃料電池１１から排出される燃料排ガス
１３を排出する燃料ガス排出ラインＬ2 と、上記燃料電
池１１へ外部から空気１４を供給する空気供給ラインＬ
3 と、上記燃料電池１１からの排空気１５を排出する空
気排出ラインＬ4と、上記空気供給ラインＬ3 及び空気
排出ラインＬ4 に介装され、供給する空気１４を排空気
１５の排熱で予熱する空気予熱器１６と、上記空気供給
ラインＬ3から分枝され、上記空気予熱器１６を迂回し
て空気を予熱せずに空気を供給するバイパスラインＬ5
と、上記燃料電池１１内の温度を測定する温度計３１
と、該温度計１７の温度情報、供給する空気の各々のラ
インＬ3 ，Ｌ4 ，Ｌ5 の空気流量情報を演算処理する演
算器３２とを具備してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の外部因
子に影響なく燃料電池を長期間に亙って運転可能とする
燃料電池運転制御システム及び方法に関する。
子に影響なく燃料電池を長期間に亙って運転可能とする
燃料電池運転制御システム及び方法に関する。
【０００２】
【背景技術】図６に従来の燃料電池運転制御システムの
概略を示す。図６に示すように、従来の燃料電池運転制
御システムは、固体電解質燃料電池を備えた燃料電池１
１と、該燃料電池１１の燃料電池の燃料極へ燃料ガス１
２を供給する燃料ガス供給ラインＬ1 と、燃料電池１１
から排出される燃料排ガス１３を排出する燃料ガス排出
ラインＬ2 と、上記燃料電池１１へ外部から空気１４を
供給する空気供給ラインＬ3 と、上記燃料電池１１から
の排空気１５を排出する空気排出ラインＬ4 と、上記空
気供給ラインＬ3 及び空気排出ラインＬ4 に介装され、
供給する空気１４を排空気１５の排熱で予熱する空気予
熱器１６と、上記空気供給ラインＬ3 から分枝され、上
記空気予熱器１６を迂回して空気を予熱せずに空気を供
給するバイパスラインＬ5 と、上記バイパスラインＬ5
が合流した後で燃料電池１１へ供給前の供給空気の温度
を測定する温度計１７と、該温度計１７の温度情報によ
りバイパスラインＬ5 に介装されたバルブＢ3 の調整を
行う温度コントローラ１８と、上記空気供給ラインＬ3
に介装され主供給空気の流量を測定する流量計１９及び
該流量計１９の情報によりバルブＢ1 の調整を行う流量
コントローラ２０とを具備してなるものである。上記空
気供給ラインＬ3 に介装されたバルブＢ1 は、外部から
供給する空気１４の全体量の増減の調整を図っている。
また、上記空気予熱器１６の上流側でバイパスラインＬ
5 の分枝の後流側に空気流量を調整する手動調整用のバ
ルブＢ2 が介装されている。
概略を示す。図６に示すように、従来の燃料電池運転制
御システムは、固体電解質燃料電池を備えた燃料電池１
１と、該燃料電池１１の燃料電池の燃料極へ燃料ガス１
２を供給する燃料ガス供給ラインＬ1 と、燃料電池１１
から排出される燃料排ガス１３を排出する燃料ガス排出
ラインＬ2 と、上記燃料電池１１へ外部から空気１４を
供給する空気供給ラインＬ3 と、上記燃料電池１１から
の排空気１５を排出する空気排出ラインＬ4 と、上記空
気供給ラインＬ3 及び空気排出ラインＬ4 に介装され、
供給する空気１４を排空気１５の排熱で予熱する空気予
熱器１６と、上記空気供給ラインＬ3 から分枝され、上
記空気予熱器１６を迂回して空気を予熱せずに空気を供
給するバイパスラインＬ5 と、上記バイパスラインＬ5
が合流した後で燃料電池１１へ供給前の供給空気の温度
を測定する温度計１７と、該温度計１７の温度情報によ
りバイパスラインＬ5 に介装されたバルブＢ3 の調整を
行う温度コントローラ１８と、上記空気供給ラインＬ3
に介装され主供給空気の流量を測定する流量計１９及び
該流量計１９の情報によりバルブＢ1 の調整を行う流量
コントローラ２０とを具備してなるものである。上記空
気供給ラインＬ3 に介装されたバルブＢ1 は、外部から
供給する空気１４の全体量の増減の調整を図っている。
また、上記空気予熱器１６の上流側でバイパスラインＬ
5 の分枝の後流側に空気流量を調整する手動調整用のバ
ルブＢ2 が介装されている。
【０００３】ここで、燃料電池１１は運転開始時におい
ては内部に設けた過熱手段により所定の運転温度（例え
ば９００〜１０００℃）まで温度を上昇させているが、
燃料電池１１の発電が開始されると自己発熱により過熱
手段からの過熱を自動的に遮断し、燃料電池の発電熱と
本体放散熱とのバランスをとりつつ運転している。そし
て、必要に応じて燃料電池１１に供給する空気の温度を
温度計１７を監視して調整している。
ては内部に設けた過熱手段により所定の運転温度（例え
ば９００〜１０００℃）まで温度を上昇させているが、
燃料電池１１の発電が開始されると自己発熱により過熱
手段からの過熱を自動的に遮断し、燃料電池の発電熱と
本体放散熱とのバランスをとりつつ運転している。そし
て、必要に応じて燃料電池１１に供給する空気の温度を
温度計１７を監視して調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
ようなシステムにおいては、長時間の運転に伴う性能の
経時的な劣化（例えば燃料電池の強度の変化，燃料電池
構造体の劣化等）により、燃料電池１１の発電に伴う発
熱量が増加し、温度上昇傾向となるという問題がある。
ようなシステムにおいては、長時間の運転に伴う性能の
経時的な劣化（例えば燃料電池の強度の変化，燃料電池
構造体の劣化等）により、燃料電池１１の発電に伴う発
熱量が増加し、温度上昇傾向となるという問題がある。
【０００５】このため、従来においては、燃料電池１１
内へ供給する前の空気１４の温度を温度計１７により監
視し、該検知情報により、自動的にバルブＢ1 ，Ｂ3 を
適宜調整しているが、調整幅が大きく所定運転温度の±
２０℃前後での運転をしようとすると、バルブＢ2 の調
整作業を作業員により行う必要があり、燃料電池の内因
や外因により燃料電池の運転状況を作業員が常時監視す
る必要があり、問題であった。
内へ供給する前の空気１４の温度を温度計１７により監
視し、該検知情報により、自動的にバルブＢ1 ，Ｂ3 を
適宜調整しているが、調整幅が大きく所定運転温度の±
２０℃前後での運転をしようとすると、バルブＢ2 の調
整作業を作業員により行う必要があり、燃料電池の内因
や外因により燃料電池の運転状況を作業員が常時監視す
る必要があり、問題であった。
【０００６】本発明は、上記問題に鑑み、常時作業員を
配置することなく、しかも燃料電池の内因及び外因に左
右することなく、自動的に燃料電池の運転が可能な燃料
電池運転制御システム及び方法を提供することを課題と
する。
配置することなく、しかも燃料電池の内因及び外因に左
右することなく、自動的に燃料電池の運転が可能な燃料
電池運転制御システム及び方法を提供することを課題と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の［請求項１］の発明は、燃料電池本体内部の温度を
検出する温度検知手段と、燃料電池本体に空気を供給す
る空気供給ラインに設けられ、供給空気を予熱する空気
予熱器と、該空気予熱器を迂回する空気バイパスライン
と、上記空気供給ラインとバイパスラインとに設けら
れ、供給空気量を調整する調整手段とを具備してなり、
上記温度検知手段の温度情報を演算処理し、空気ライン
とバイパスラインとに設けた流量調整手段を調整し、燃
料電池の目標運転温度を維持しつつ運転することを特徴
とする。
明の［請求項１］の発明は、燃料電池本体内部の温度を
検出する温度検知手段と、燃料電池本体に空気を供給す
る空気供給ラインに設けられ、供給空気を予熱する空気
予熱器と、該空気予熱器を迂回する空気バイパスライン
と、上記空気供給ラインとバイパスラインとに設けら
れ、供給空気量を調整する調整手段とを具備してなり、
上記温度検知手段の温度情報を演算処理し、空気ライン
とバイパスラインとに設けた流量調整手段を調整し、燃
料電池の目標運転温度を維持しつつ運転することを特徴
とする。
【０００８】［請求項２］の発明は、請求項１におい
て、空気供給ラインに供給する空気の総投入量を調整す
る調整手段を具備してなり、上記温度検知手段の温度情
報を演算処理し、供給空気量の増減により燃料電池の目
標運転温度を維持しつつ運転することを特徴とする。
て、空気供給ラインに供給する空気の総投入量を調整す
る調整手段を具備してなり、上記温度検知手段の温度情
報を演算処理し、供給空気量の増減により燃料電池の目
標運転温度を維持しつつ運転することを特徴とする。
【０００９】［請求項３］の発明は、請求項１又は２に
おいて、空気供給ラインに供給する空気がタービン圧縮
空気からの空気であることを特徴とする。
おいて、空気供給ラインに供給する空気がタービン圧縮
空気からの空気であることを特徴とする。
【００１０】［請求項４］の発明は、燃料電池に空気と
燃料ガスとを供給して燃料電池を運転する方法におい
て、燃料電池の温度を検出し、該温度情報を演算処理
し、供給空気を予熱する空気供給ラインと該供給ライン
を迂回するバイパスラインとの空気流量を調整し、燃料
電池の目標運転温度を維持しつつ運転することを特徴と
する。
燃料ガスとを供給して燃料電池を運転する方法におい
て、燃料電池の温度を検出し、該温度情報を演算処理
し、供給空気を予熱する空気供給ラインと該供給ライン
を迂回するバイパスラインとの空気流量を調整し、燃料
電池の目標運転温度を維持しつつ運転することを特徴と
する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】［第１の実施の形態］図１に本実施の形態
にかかる燃料電池運転制御システムの概略を示す。図１
に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池運転制御
システムは、固体電解質燃料電池を備えた燃料電池１１
と、該燃料電池１１の燃料電池の燃料極へ燃料ガス１２
を供給する燃料ガス供給ラインＬ1 と、燃料電池１１か
ら排出される燃料排ガス１３を排出する燃料ガス排出ラ
インＬ2 と、上記燃料電池１１へ外部から空気１４を供
給する空気供給ラインＬ3 と、上記燃料電池１１からの
排空気１５を排出する空気排出ラインＬ4 と、上記空気
供給ラインＬ3 及び空気排出ラインＬ4 に介装され、供
給する空気１４を排空気１５の排熱で予熱する空気予熱
器１６と、上記空気供給ラインＬ3 から分枝され、上記
空気予熱器１６を迂回して空気を予熱せずに空気を供給
するバイパスラインＬ5 と、上記燃料電池１１内の温度
を測定する温度計３１と、該温度計１７の温度情報、供
給する空気の各々のラインＬ3 ，Ｌ4 ，Ｌ5 の空気流量
情報を演算処理する演算器３２とを具備してなるもので
ある。
にかかる燃料電池運転制御システムの概略を示す。図１
に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池運転制御
システムは、固体電解質燃料電池を備えた燃料電池１１
と、該燃料電池１１の燃料電池の燃料極へ燃料ガス１２
を供給する燃料ガス供給ラインＬ1 と、燃料電池１１か
ら排出される燃料排ガス１３を排出する燃料ガス排出ラ
インＬ2 と、上記燃料電池１１へ外部から空気１４を供
給する空気供給ラインＬ3 と、上記燃料電池１１からの
排空気１５を排出する空気排出ラインＬ4 と、上記空気
供給ラインＬ3 及び空気排出ラインＬ4 に介装され、供
給する空気１４を排空気１５の排熱で予熱する空気予熱
器１６と、上記空気供給ラインＬ3 から分枝され、上記
空気予熱器１６を迂回して空気を予熱せずに空気を供給
するバイパスラインＬ5 と、上記燃料電池１１内の温度
を測定する温度計３１と、該温度計１７の温度情報、供
給する空気の各々のラインＬ3 ，Ｌ4 ，Ｌ5 の空気流量
情報を演算処理する演算器３２とを具備してなるもので
ある。
【００１３】上記空気供給ラインＬ3 には空気流量を調
整するバルブＢ1 が介装され、燃料電池１１内に供給す
る空気１４の全体の投入量の増減の調整を図っている。
また、上記空気予熱器１６の上流側でバイパスラインＬ
5 の分枝の後流側に、空気予熱器１６へ投入する空気流
量を調整するバルブＢ2 が介装されると共に、該バイパ
スラインＬ5 には空気流量を調整するバルブＢ3 が介装
され、各々空気供給量の増減を調整している。
整するバルブＢ1 が介装され、燃料電池１１内に供給す
る空気１４の全体の投入量の増減の調整を図っている。
また、上記空気予熱器１６の上流側でバイパスラインＬ
5 の分枝の後流側に、空気予熱器１６へ投入する空気流
量を調整するバルブＢ2 が介装されると共に、該バイパ
スラインＬ5 には空気流量を調整するバルブＢ3 が介装
され、各々空気供給量の増減を調整している。
【００１４】また、空気供給ラインＬ3 とバイパスライ
ンＬ5 とには各々空気の流量を測定する流量計３３，３
４が介装されており、これらの流量計３３，３４から流
量コントローラ３５，３６にその情報を演算器３２へ送
っていると共に、流量コントローラ３５，３６からバル
ブＢ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 の開度の調整を行っている。さら
に、温度計３１の温度情報は温度コントローラ３７によ
り演算器３２へ送っている。
ンＬ5 とには各々空気の流量を測定する流量計３３，３
４が介装されており、これらの流量計３３，３４から流
量コントローラ３５，３６にその情報を演算器３２へ送
っていると共に、流量コントローラ３５，３６からバル
ブＢ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 の開度の調整を行っている。さら
に、温度計３１の温度情報は温度コントローラ３７によ
り演算器３２へ送っている。
【００１５】上記装置によれば、図２に示すように、上
記温度計３１の温度情報を温度コントローラ３７及び演
算器３２で処理し、目標の運転温度で維持できるか否か
を判断し、目標運転温度内であればその状態で運転を続
け、目標運転温度から多少ズレが生じていると判断する
と、供給空気１４の流量を調整するように流量コントロ
ーラ３６に指令を出してカスケード制御し、空気供給ラ
インＬ3 とバイパスラインＬ5 とに設けた流量調整手段
であるバルブＢ2 ，Ｂ3 を調整し、空気流れ状態を制御
する「第１の温度制御Ｉ」を行う。すなわち、第１の温
度制御Ｉにおいては、バルブＢ2 を閉塞するようにする
と共にバルブＢ3 を開放することで、供給空気１４が温
度を空気予熱器１６で予熱されず、供給空気の温度が冷
却されることになり、燃料電池１１の温度を下げること
ができる。
記温度計３１の温度情報を温度コントローラ３７及び演
算器３２で処理し、目標の運転温度で維持できるか否か
を判断し、目標運転温度内であればその状態で運転を続
け、目標運転温度から多少ズレが生じていると判断する
と、供給空気１４の流量を調整するように流量コントロ
ーラ３６に指令を出してカスケード制御し、空気供給ラ
インＬ3 とバイパスラインＬ5 とに設けた流量調整手段
であるバルブＢ2 ，Ｂ3 を調整し、空気流れ状態を制御
する「第１の温度制御Ｉ」を行う。すなわち、第１の温
度制御Ｉにおいては、バルブＢ2 を閉塞するようにする
と共にバルブＢ3 を開放することで、供給空気１４が温
度を空気予熱器１６で予熱されず、供給空気の温度が冷
却されることになり、燃料電池１１の温度を下げること
ができる。
【００１６】また、目標運転温度から大幅なズレが生じ
ると、供給空気１４の全体の投入量を調整するように流
量コントローラ３５に指令を出してカスケード制御し、
空気供給ラインＬ3 とに設けた流量調整手段であるバル
ブＢ1 を調整して供給空気の全体量の増減を大幅に制御
する「第２の温度制御II」を行う。
ると、供給空気１４の全体の投入量を調整するように流
量コントローラ３５に指令を出してカスケード制御し、
空気供給ラインＬ3 とに設けた流量調整手段であるバル
ブＢ1 を調整して供給空気の全体量の増減を大幅に制御
する「第２の温度制御II」を行う。
【００１７】このような制御を行うことにより、図３に
示すように、多少の温度のズレの場合には、第１の温度
制御Ｉで制御を行い、大幅な温度のズレの場合には、第
２の温度制御IIで制御を行うことで、自動的に燃料電池
を目標運転温度を維持しつつ運転することができる。
示すように、多少の温度のズレの場合には、第１の温度
制御Ｉで制御を行い、大幅な温度のズレの場合には、第
２の温度制御IIで制御を行うことで、自動的に燃料電池
を目標運転温度を維持しつつ運転することができる。
【００１８】なお、燃料電池モジュールの性能が一定し
ており、内部要因や外部要因が少ない場合や運転温度が
短いような場合には、第１の温度制御Ｉのみで燃料電池
を一定して自動的に運転することができる。すなわち、
供給する空気の総投入量を変化させることなく第１の温
度制御のみの流量の調整により燃料電池常に所定の運転
温度を維持しつつ運転できることになる。
ており、内部要因や外部要因が少ない場合や運転温度が
短いような場合には、第１の温度制御Ｉのみで燃料電池
を一定して自動的に運転することができる。すなわち、
供給する空気の総投入量を変化させることなく第１の温
度制御のみの流量の調整により燃料電池常に所定の運転
温度を維持しつつ運転できることになる。
【００１９】また、内部要因や外部要因が大きい場合に
は、第１の温度制御Ｉと第２の温度制御IIとを併用する
ことで燃料電池を一定して自動的に運転することができ
る。
は、第１の温度制御Ｉと第２の温度制御IIとを併用する
ことで燃料電池を一定して自動的に運転することができ
る。
【００２０】以下、本発明の装置のシステム制御の流れ
について、具体的に説明する。
について、具体的に説明する。
【００２１】図２はシステムの制御の概略を示す。上記
装置において、燃料電池１１の運転中、目標の温度範囲
である場合には、現状の空気供給量を維持し、外部因子
及び内部因子の影響により燃料電池内部の温度の上昇が
あると、これを温度計３１が検知し、温度コントローラ
３７を介して演算器３２へ送られる。ここで演算器３２
において、パイパスラインＬ5 のみで空気を迂回して温
度制御する第１の温度制御Ｉを行うか、空気供給ライン
へ供給する総投入量を増減する第２の温度制御IIを行う
かの判断をする。
装置において、燃料電池１１の運転中、目標の温度範囲
である場合には、現状の空気供給量を維持し、外部因子
及び内部因子の影響により燃料電池内部の温度の上昇が
あると、これを温度計３１が検知し、温度コントローラ
３７を介して演算器３２へ送られる。ここで演算器３２
において、パイパスラインＬ5 のみで空気を迂回して温
度制御する第１の温度制御Ｉを行うか、空気供給ライン
へ供給する総投入量を増減する第２の温度制御IIを行う
かの判断をする。
【００２２】すなわち、第１の温度制御Ｉでは、図２に
示すように、目標温度より温度上昇のズレが少ない場合
の制御であり、例えば目標の運転温度を９００℃と設定
した場合、温度計３１で９２０℃まで上昇したことを検
知すると、演算器３２にて演算し、流量コントローラ３
６に指令を出して燃料電池１１内へ供給する空気供給ラ
インＬ3 の一部をバイバスラインＬ5 を経由するように
バルブＢ2 及びバルブＢ3 を調整することで空気予熱器
１６を迂回させ低温の空気を供給することができる。こ
れにより、燃料電池１１内には制御前よりも低温の空気
が供給されることで、目標の温度９００℃まで温度を下
げることができる。
示すように、目標温度より温度上昇のズレが少ない場合
の制御であり、例えば目標の運転温度を９００℃と設定
した場合、温度計３１で９２０℃まで上昇したことを検
知すると、演算器３２にて演算し、流量コントローラ３
６に指令を出して燃料電池１１内へ供給する空気供給ラ
インＬ3 の一部をバイバスラインＬ5 を経由するように
バルブＢ2 及びバルブＢ3 を調整することで空気予熱器
１６を迂回させ低温の空気を供給することができる。こ
れにより、燃料電池１１内には制御前よりも低温の空気
が供給されることで、目標の温度９００℃まで温度を下
げることができる。
【００２３】一方、季節の温度変化等による外部因子等
により燃料電池の運転温度が少し下がるような場合に
は、空気供給ラインＬ3 のバルブＢ2 の開度を調整し
て、空気予熱器１６を通過する空気通過速度を遅くする
ことで予熱時間を長くすることで供給する空気の温度を
上昇させ、燃料電池１１内へ制御前よりも高い温度の空
気が供給されることで、目標の９００℃まで上昇させる
ことができる。
により燃料電池の運転温度が少し下がるような場合に
は、空気供給ラインＬ3 のバルブＢ2 の開度を調整し
て、空気予熱器１６を通過する空気通過速度を遅くする
ことで予熱時間を長くすることで供給する空気の温度を
上昇させ、燃料電池１１内へ制御前よりも高い温度の空
気が供給されることで、目標の９００℃まで上昇させる
ことができる。
【００２４】次に、このような第１の温度制御Ｉの制御
では制御が限界となる場合には、第２の温度制御IIを行
うことになる。
では制御が限界となる場合には、第２の温度制御IIを行
うことになる。
【００２５】すなわち、第２の温度制御IIでは、目標運
転温度よりも温度上昇が極めて大きい場合の制御であ
り、例えば目標の運転温度を９００℃と設定した場合、
温度計３１で９５０℃まで急激に上昇したことを検知す
ると、温度コントローラ３７を介して演算器３２にて演
算し、流量コントローラ３５に指令を出して、燃料電池
１１内へ供給する空気供給ラインＬ3 の空気全体の供給
量を増大するようにバルブＢ1 を調整し、低温の空気の
供給量を増大することで急激に温度を低下させることが
できる。これにより、燃料電池１１内には制御前よりも
急激に低温の空気が供給されることで、目標の温度９０
０℃まで温度を一気に下げることができる。この第２の
温度制御IIがなされると、燃料電池１１内の温度低下に
追従して、第１の温度制御Ｉで開放されていたバルブＢ
3 は閉塞すると共に、閉塞していたバルブＢ2 は開放す
るようになる。
転温度よりも温度上昇が極めて大きい場合の制御であ
り、例えば目標の運転温度を９００℃と設定した場合、
温度計３１で９５０℃まで急激に上昇したことを検知す
ると、温度コントローラ３７を介して演算器３２にて演
算し、流量コントローラ３５に指令を出して、燃料電池
１１内へ供給する空気供給ラインＬ3 の空気全体の供給
量を増大するようにバルブＢ1 を調整し、低温の空気の
供給量を増大することで急激に温度を低下させることが
できる。これにより、燃料電池１１内には制御前よりも
急激に低温の空気が供給されることで、目標の温度９０
０℃まで温度を一気に下げることができる。この第２の
温度制御IIがなされると、燃料電池１１内の温度低下に
追従して、第１の温度制御Ｉで開放されていたバルブＢ
3 は閉塞すると共に、閉塞していたバルブＢ2 は開放す
るようになる。
【００２６】一方、外部因子により燃料電池の運転温度
が大幅に下がるような場合には、空気供給ラインＬ3 の
バルブＢ2 の開度を調整して、供給する空気の量を大幅
に少なくし、空気予熱器１６を通過する空気通過量を少
なくすることで空気の温度を上昇させ、燃料電池１１内
へ供給する空気の温度を、制御前よりもより高くし、目
標の９００℃まで急上昇させることができる。
が大幅に下がるような場合には、空気供給ラインＬ3 の
バルブＢ2 の開度を調整して、供給する空気の量を大幅
に少なくし、空気予熱器１６を通過する空気通過量を少
なくすることで空気の温度を上昇させ、燃料電池１１内
へ供給する空気の温度を、制御前よりもより高くし、目
標の９００℃まで急上昇させることができる。
【００２７】この結果、図４に示すように、従来では、
燃料電池内部の温度の変化に追従するように作業員が常
時監視し、作業員の手作業により内部温度に追従するよ
うに調整しつつ運転するようにしていたが、本発明によ
れば、燃料電池内部温度を監視し、温度情報と供給空気
の流量とを演算し、空気ラインとバイパスラインとに設
けた流量調整手段を調整し、燃料電池を目標運転温度で
運転するので、燃料電池の内因（燃料電池本体の経時変
化等による劣化等）や外因（モジュール本体外部の季節
的な環境による変化等）にかかわらず、常時一定の運転
温度で運転することが可能となった。
燃料電池内部の温度の変化に追従するように作業員が常
時監視し、作業員の手作業により内部温度に追従するよ
うに調整しつつ運転するようにしていたが、本発明によ
れば、燃料電池内部温度を監視し、温度情報と供給空気
の流量とを演算し、空気ラインとバイパスラインとに設
けた流量調整手段を調整し、燃料電池を目標運転温度で
運転するので、燃料電池の内因（燃料電池本体の経時変
化等による劣化等）や外因（モジュール本体外部の季節
的な環境による変化等）にかかわらず、常時一定の運転
温度で運転することが可能となった。
【００２８】このように、本実施の形態によれば、燃料
電池１１の目標の運転温度の±２０℃未満での自動運転
が可能となり、燃料電池の寿命の向上を図ることができ
る。
電池１１の目標の運転温度の±２０℃未満での自動運転
が可能となり、燃料電池の寿命の向上を図ることができ
る。
【００２９】なお、本発明では燃料電池の種類は特に特
定されるものではなく、円筒型燃料電池や平板型燃料電
池等の燃料電池の他、溶融炭酸塩型燃料電池等の公知の
燃料電池システムに応用することができる。また、空気
予熱器１６は排熱を利用しているが、別途バーナ等の過
熱手段を具えて空気を予燃するようにしてもよい。
定されるものではなく、円筒型燃料電池や平板型燃料電
池等の燃料電池の他、溶融炭酸塩型燃料電池等の公知の
燃料電池システムに応用することができる。また、空気
予熱器１６は排熱を利用しているが、別途バーナ等の過
熱手段を具えて空気を予燃するようにしてもよい。
【００３０】［第２の実施の形態］図５に本実施の形態
にかかる燃料電池運転制御システムの概略を示す。本実
施の形態では、外部から供給する空気として、ガスター
ビンの空気圧縮機からの空気を利用するものである。
にかかる燃料電池運転制御システムの概略を示す。本実
施の形態では、外部から供給する空気として、ガスター
ビンの空気圧縮機からの空気を利用するものである。
【００３１】図５に示すように、本実施の形態にかかる
燃料電池運転制御システムは、図１に示す燃料ガス１２
と空気１４とを供給して燃料電池発電を行う燃料電池１
１を備えた燃料電池モジュール５１と、該モジュール５
１からの燃料排ガス１３と排空気１５とを燃焼する燃焼
器５２と該燃焼器５２での高温の燃焼排ガス５３を用い
てなる排ガス発電手段である空気圧縮機５４を具えたガ
スタービン５５と、該ガスタービン５５からの排熱５６
を利用する外部熱交換器５７と、該熱交換後の排熱５６
を利用する温水ボイラ５８と、該温水ボイラ５８から排
出される低温の排ガスを排出する煙突５９とから構成さ
れており、一方、燃料排ガス１３はその一部が再循環ブ
ロア６０により、リサイクルするようにしている。な
お、本実施の形態では燃料電池モジュール５１内におい
ては、空気は内部熱交換器６１により再度過熱するよう
にしている。このような発電システムにおいては空気は
空気圧縮機５４からの空気を利用して空気供給ラインＬ
3 を介して燃料電池１１へ供給するようにしており、第
１の実施の形態と同様な運転制御手段が備えられてい
る。
燃料電池運転制御システムは、図１に示す燃料ガス１２
と空気１４とを供給して燃料電池発電を行う燃料電池１
１を備えた燃料電池モジュール５１と、該モジュール５
１からの燃料排ガス１３と排空気１５とを燃焼する燃焼
器５２と該燃焼器５２での高温の燃焼排ガス５３を用い
てなる排ガス発電手段である空気圧縮機５４を具えたガ
スタービン５５と、該ガスタービン５５からの排熱５６
を利用する外部熱交換器５７と、該熱交換後の排熱５６
を利用する温水ボイラ５８と、該温水ボイラ５８から排
出される低温の排ガスを排出する煙突５９とから構成さ
れており、一方、燃料排ガス１３はその一部が再循環ブ
ロア６０により、リサイクルするようにしている。な
お、本実施の形態では燃料電池モジュール５１内におい
ては、空気は内部熱交換器６１により再度過熱するよう
にしている。このような発電システムにおいては空気は
空気圧縮機５４からの空気を利用して空気供給ラインＬ
3 を介して燃料電池１１へ供給するようにしており、第
１の実施の形態と同様な運転制御手段が備えられてい
る。
【００３２】すなわち、燃料電池モジュール５１内の温
度を検知する温度計３１が設けられており、燃料電池内
の温度を検知している。また、圧縮機５４からの空気は
先ず外部熱交換器５７で熱交換がなされ、空気供給ライ
ンＬ3 を介して燃料電池モジュール５１内の内部熱交換
器６１へ供給されている。また、上記空気供給ラインＬ
3 には、バルブＢ1 が介装されていると共に、外部熱交
換器５７を迂回するバイパスラインＬ5 が設けられてお
り、必要に応じて空気がバイパスされるようになってい
る。この圧縮機５４からの空気供給ラインＬ3 の空気は
一部が燃焼器５２へ供給ラインＬ6 を介して供給されて
おり、通常は燃料電池モジュール５１側への供給量と燃
焼器５２側への供給量とは５：５の割合としている。
度を検知する温度計３１が設けられており、燃料電池内
の温度を検知している。また、圧縮機５４からの空気は
先ず外部熱交換器５７で熱交換がなされ、空気供給ライ
ンＬ3 を介して燃料電池モジュール５１内の内部熱交換
器６１へ供給されている。また、上記空気供給ラインＬ
3 には、バルブＢ1 が介装されていると共に、外部熱交
換器５７を迂回するバイパスラインＬ5 が設けられてお
り、必要に応じて空気がバイパスされるようになってい
る。この圧縮機５４からの空気供給ラインＬ3 の空気は
一部が燃焼器５２へ供給ラインＬ6 を介して供給されて
おり、通常は燃料電池モジュール５１側への供給量と燃
焼器５２側への供給量とは５：５の割合としている。
【００３３】このようなシステムにおいて、燃料電池１
１内に供給する空気１４は圧縮機５４から排出され、外
部空気予熱器５７にて先ず予熱され、燃料電池モジュー
ル５１内に供給されて、内部熱交換器６１で熱交換さ
れ、所定の運転温度としている。
１内に供給する空気１４は圧縮機５４から排出され、外
部空気予熱器５７にて先ず予熱され、燃料電池モジュー
ル５１内に供給されて、内部熱交換器６１で熱交換さ
れ、所定の運転温度としている。
【００３４】ここで、燃料電池モジュール５１内の温度
を測定する温度計３１が設置され、該測定温度は温度コ
ントローラ３７へ送られ、演算器３２により演算処理さ
れて、流量コントローラ３６及び流量コントローラ３５
により第１の温度制御Ｉと第２の温度制御IIとの制御が
なされる。
を測定する温度計３１が設置され、該測定温度は温度コ
ントローラ３７へ送られ、演算器３２により演算処理さ
れて、流量コントローラ３６及び流量コントローラ３５
により第１の温度制御Ｉと第２の温度制御IIとの制御が
なされる。
【００３５】上記装置によれば、上記温度計３１の温度
情報を温度コントローラ３７及び演算器３２で処理し、
目標の運転温度か否かを判断し、目標運転温度内であれ
ばその状態で運転を続け、目標運転温度から多少ズレが
生じると、供給空気１４の流量を調整するように流量コ
ントローラ３６に指令を出し、空気供給ラインＬ3 とバ
イパスラインＬ5 とに設けた流量調整手段であるバルブ
Ｂ2 ，Ｂ3 を調整し、空気流れ状態を制御する第１の温
度制御Ｉを行う。
情報を温度コントローラ３７及び演算器３２で処理し、
目標の運転温度か否かを判断し、目標運転温度内であれ
ばその状態で運転を続け、目標運転温度から多少ズレが
生じると、供給空気１４の流量を調整するように流量コ
ントローラ３６に指令を出し、空気供給ラインＬ3 とバ
イパスラインＬ5 とに設けた流量調整手段であるバルブ
Ｂ2 ，Ｂ3 を調整し、空気流れ状態を制御する第１の温
度制御Ｉを行う。
【００３６】また、目標運転温度から大幅なズレが生じ
ると、供給空気１４の全体の投入量を調整するように流
量コントローラ３５に指令を出し、空気供給ラインＬ3
とに設けた流量調整手段であるバルブＢ1 を調整して、
燃料電池モジュール５１側へ供給する供給ラインＬ3 の
供給量と燃焼器５２側へ供給する供給ラインＬ6 へ供給
する量との比率を変更し（例えば５：５→６：４）、燃
料電池モジュール５１内へ供給する空気の総投入量を大
幅に増大して、温度制御する第２の温度制御IIを行う。
ると、供給空気１４の全体の投入量を調整するように流
量コントローラ３５に指令を出し、空気供給ラインＬ3
とに設けた流量調整手段であるバルブＢ1 を調整して、
燃料電池モジュール５１側へ供給する供給ラインＬ3 の
供給量と燃焼器５２側へ供給する供給ラインＬ6 へ供給
する量との比率を変更し（例えば５：５→６：４）、燃
料電池モジュール５１内へ供給する空気の総投入量を大
幅に増大して、温度制御する第２の温度制御IIを行う。
【００３７】これにより、図３に示すように、多少の温
度のズレの場合には、第１の温度制御Ｉで制御を行い、
大幅な温度のズレの場合には、第２の温度制御IIで制御
を行うことで、自動的に燃料電池を目標運転温度で運転
することができる。
度のズレの場合には、第１の温度制御Ｉで制御を行い、
大幅な温度のズレの場合には、第２の温度制御IIで制御
を行うことで、自動的に燃料電池を目標運転温度で運転
することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の［請求項
１］の発明によれば、燃料電池本体内部の温度を検出す
る温度検知手段と、燃料電池本体に空気を供給する空気
供給ラインに設けられ、供給空気を予熱する空気予熱器
と、該空気予熱器を迂回する空気バイパスラインと、上
記空気供給ラインとバイパスラインとに設けられ、供給
空気量を調整する調整手段とを具備してなり、上記温度
検知手段の温度情報を演算処理し、空気ラインとバイパ
スラインとに設けた流量調整手段を調整するので、燃料
電池の目標運転温度を維持しつつ自動運転することがで
きる。
１］の発明によれば、燃料電池本体内部の温度を検出す
る温度検知手段と、燃料電池本体に空気を供給する空気
供給ラインに設けられ、供給空気を予熱する空気予熱器
と、該空気予熱器を迂回する空気バイパスラインと、上
記空気供給ラインとバイパスラインとに設けられ、供給
空気量を調整する調整手段とを具備してなり、上記温度
検知手段の温度情報を演算処理し、空気ラインとバイパ
スラインとに設けた流量調整手段を調整するので、燃料
電池の目標運転温度を維持しつつ自動運転することがで
きる。
【００３９】［請求項２］の発明によれば、空気供給ラ
インに供給する空気の総投入量を調整する調整手段を具
備してなり、上記温度検知手段の温度情報を演算処理
し、供給空気量の増減により燃料電池の目標運転温度を
維持しつつ運転するので、急激な温度上昇があっても燃
料電池の運転温度を直ぐに低下させることができる。
インに供給する空気の総投入量を調整する調整手段を具
備してなり、上記温度検知手段の温度情報を演算処理
し、供給空気量の増減により燃料電池の目標運転温度を
維持しつつ運転するので、急激な温度上昇があっても燃
料電池の運転温度を直ぐに低下させることができる。
【００４０】［請求項３］の発明によれば、空気供給ラ
インに供給する空気がタービン圧縮空気からの空気であ
るので、ガスタービンを利用した燃料電池運転制御シス
テムにおいても常時作業員を配置することなく、燃料電
池の内因及び外因に左右することなく、自動的に燃料電
池システムの運転が可能となる。
インに供給する空気がタービン圧縮空気からの空気であ
るので、ガスタービンを利用した燃料電池運転制御シス
テムにおいても常時作業員を配置することなく、燃料電
池の内因及び外因に左右することなく、自動的に燃料電
池システムの運転が可能となる。
【００４１】［請求項４］の発明は、燃料電池に空気と
燃料ガスとを供給して燃料電池を運転する方法におい
て、燃料電池の温度を検出し、該温度情報を演算処理
し、供給空気を予熱する空気供給ラインと該供給ライン
を迂回するバイパスラインとの空気流量を調整し、燃料
電池の目標運転温度を維持しつつ運転するので、作業員
を配置することなく目標の運転温度の±２０℃未満で燃
料電池の目標運転温度を維持しつつ自動運転することが
できる。
燃料ガスとを供給して燃料電池を運転する方法におい
て、燃料電池の温度を検出し、該温度情報を演算処理
し、供給空気を予熱する空気供給ラインと該供給ライン
を迂回するバイパスラインとの空気流量を調整し、燃料
電池の目標運転温度を維持しつつ運転するので、作業員
を配置することなく目標の運転温度の±２０℃未満で燃
料電池の目標運転温度を維持しつつ自動運転することが
できる。
【図１】第１の実施の形態にかかる燃料電池運転制御シ
ステムの概略図である。
ステムの概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる運転制御の概略図で
ある。
ある。
【図３】第１の実施の形態にかかる運転制御のグラフで
ある。
ある。
【図４】年間の燃料電池の運転状況を示すグラフであ
る。
る。
【図５】第２の実施の形態にかかる燃料電池運転制御シ
ステムの概略図である。
ステムの概略図である。
【図６】従来技術にかかる燃料電池運転制御システムの
概略図である。
概略図である。
１１ 燃料電池 １２ 燃料ガス １３ 燃料排ガス １４ 空気 １５ 排空気 １６ 空気予熱器 ３１ 温度計 ３２ 演算器 ３３，３４ 流量計 ３５，３６ 流量コントローラ ３７ 温度コントローラ ５１ 燃料電池モジュール ５２ 燃焼器 ５３ 燃焼排ガス ５４ 空気圧縮機 ５５ ガスタービン ５６ 排熱 ５７ 外部熱交換器 ５８ 温水ボイラ ５９ 煙突 ６０ 再循環ブロア ６１ 内部熱交換器 Ｌ1 燃料ガス供給ライン Ｌ2 燃料ガス排出ライン Ｌ3 空気供給ライン Ｌ4 空気排出ライン Ｌ5 バイパスライン Ｌ6 供給ライン
フロントページの続き (72)発明者 冨田 和男 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BC11 KK46 MM04
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池本体内部の温度を検出する温度
検知手段と、 燃料電池本体に空気を供給する空気供給ラインに設けら
れ、供給空気を予熱する空気予熱器と、 該空気予熱器を迂回する空気バイパスラインと、 上記空気供給ラインとバイパスラインとに設けられ、供
給空気量を調整する調整手段とを具備してなり、 上記温度検知手段の温度情報を演算処理し、空気ライン
とバイパスラインとに設けた流量調整手段を調整し、燃
料電池の目標運転温度を維持しつつ運転することを特徴
とする燃料電池運転制御システム。 - 【請求項２】 請求項１において、 空気供給ラインに供給する空気の総投入量を調整する調
整手段を具備してなり、 上記温度検知手段の温度情報を演算処理し、供給空気量
の増減により燃料電池の目標運転温度を維持しつつ運転
することを特徴とする燃料電池運転制御システム。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、 空気供給ラインに供給する空気がタービン圧縮空気から
の空気であることを特徴とする燃料電池運転制御システ
ム。 - 【請求項４】 燃料電池に空気と燃料ガスとを供給して
燃料電池を運転する方法において、 燃料電池の温度を検出し、該温度情報を演算処理し、供
給空気を予熱する空気供給ラインと該供給ラインを迂回
するバイパスラインとの空気流量を調整し、燃料電池の
目標運転温度を維持しつつ運転することを特徴とする燃
料電池運転制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000008521A JP2001202981A (ja) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | 燃料電池運転制御システム及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000008521A JP2001202981A (ja) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | 燃料電池運転制御システム及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001202981A true JP2001202981A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18536780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000008521A Pending JP2001202981A (ja) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | 燃料電池運転制御システム及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001202981A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005537611A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内部ガス制御燃料電池 |
| JP2008293849A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電システムおよび複合発電システムの制御方法 |
| JP2013535779A (ja) * | 2010-07-30 | 2013-09-12 | エルジー フューエル セル システムズ インク | 固体酸化物形燃料電池システム |
| JP2014010895A (ja) * | 2012-06-27 | 2014-01-20 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61277171A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-08 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
| JPS6489157A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Hitachi Ltd | Fuel cell power generating system |
| JPH07288135A (ja) * | 1994-04-18 | 1995-10-31 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電装置 |
-
2000
- 2000-01-18 JP JP2000008521A patent/JP2001202981A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| JP2014010895A (ja) * | 2012-06-27 | 2014-01-20 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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|
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|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101005 |