JP2001210347A - Control device of fuel reformer - Google Patents
Control device of fuel reformerInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質器の制御
装置に関する。[0001] The present invention relates to a control device for a fuel reformer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池発電装置は、メタノールなどの
原料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する燃料改
質器と、この燃料改質器で生成した水素リッチな燃料ガ
スと、別途空気供給装置から供給される酸素を含む酸化
ガスとを反応させて発電する燃料電池とを主な要素とし
て構成されている。そして燃料改質器には、メタノール
などの原料を加熱して蒸気にする蒸発器、この蒸発器に
熱を供給する燃焼器、蒸気にされた原料を改質触媒で水
素リッチな燃料ガスに改質する改質部が含まれる。2. Description of the Related Art A fuel cell power generator includes a fuel reformer for reforming a raw material such as methanol to generate a hydrogen-rich fuel gas, and a hydrogen-rich fuel gas generated by the fuel reformer. A fuel cell that generates power by reacting with an oxidizing gas containing oxygen supplied from an air supply device is configured as a main element. The fuel reformer includes an evaporator that heats a raw material such as methanol to produce a vapor, a combustor that supplies heat to the evaporator, and converts the vaporized raw material to a hydrogen-rich fuel gas using a reforming catalyst. Quality reforming section is included.
【０００３】この燃料改質器では、蒸発器に原料を能力
以上に大量に投入すると蒸発器温度が下がり、原料を蒸
発させられなくなる。そのため、蒸発器で原料を蒸気に
するためには、蒸発器の温度を目標管理温度に制御する
必要がある。In this fuel reformer, when a large amount of raw material is supplied to the evaporator beyond its capacity, the temperature of the evaporator decreases, and the raw material cannot be evaporated. Therefore, in order to convert the raw material into steam in the evaporator, it is necessary to control the temperature of the evaporator to the target management temperature.
【０００４】従来、このような蒸発器の温度を制御する
方法として、例えば、特開平８−２７３６８６号公報に
記載されたものが知られている。この従来例の方法で
は、投入する原料投入量に応じて蒸発器目標温度を算出
して、蒸発器温度が目標温度となるように燃焼器の空
気、燃料流量を調節するようにしている。また蒸発器の
温度を制御すると共に、燃焼器自体の温度を目標管理温
度に制御するように燃焼器の空気、燃料流量を調節する
ようにしている。Conventionally, as a method for controlling the temperature of the evaporator, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-273686 is known. In this conventional method, the evaporator target temperature is calculated according to the amount of raw material to be charged, and the air and fuel flow rates of the combustor are adjusted so that the evaporator temperature becomes the target temperature. In addition to controlling the temperature of the evaporator, the air and fuel flow rates of the combustor are adjusted so that the temperature of the combustor itself is controlled to the target management temperature.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の燃料電池改質器の制御装置では、蒸発器には、燃
料電池に要求される負荷指令から算出された原料投入量
をそのまま投入するので、燃焼器温度が目標管理温度を
超えたときでも、蒸発器の温度が目標温度に達していな
い場合、あるいは逆に蒸発器の温度が目標管理温度を超
えたときでも、燃焼器の温度が目標温度に達していない
場合が起こる。これは、燃焼器が蒸発器に伝達する熱量
を考慮しないで温度だけを目標値に一致するように制御
しようとするために起こっていた。However, in such a conventional control apparatus for a fuel cell reformer, the raw material input amount calculated from the load command required for the fuel cell is directly input to the evaporator. Therefore, even when the combustor temperature exceeds the target control temperature, the evaporator temperature does not reach the target temperature, or conversely, even when the evaporator temperature exceeds the target control temperature, The case where the target temperature has not been reached occurs. This has occurred because the combustor attempts to control only the temperature to the target value without considering the amount of heat transferred to the evaporator.
【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、蒸発器温度と燃焼器温度のそれぞれを
目標温度制御する燃料改質器の制御装置を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a control device for a fuel reformer that controls target temperatures of an evaporator temperature and a combustor temperature, respectively. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、蒸気
化された原料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成す
る改質触媒と、原料を蒸発させて前記改質触媒に供給す
る蒸発器と、前記蒸発器に前記原料を加熱するための熱
を供給する燃焼器とから成る燃料改質器を制御する燃料
改質器の制御装置であって、燃料電池で要求する出力要
求値に応じて前記蒸発器に投入する原料投入量目標値を
算出する原料投入量目標値算出手段と、前記蒸発器にお
ける熱量の収支を推定する熱量収支推定手段と、前記熱
量収支推定手段の推定した前記蒸発器における熱量の収
支に基づいて、前記燃焼器を制御する燃焼器制御手段と
を備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a reforming catalyst for reforming a vaporized raw material to generate a hydrogen-rich fuel gas, and supplying the raw material to the reforming catalyst by evaporating the raw material. A fuel reformer control device for controlling a fuel reformer comprising: an evaporator that performs heating and a combustor that supplies heat for heating the raw material to the evaporator, wherein an output request required by the fuel cell is provided. A raw material input target value calculating means for calculating a raw material input target value to be input to the evaporator in accordance with the value, a calorie balance estimating means for estimating a heat balance of the evaporator, and an estimation of the calorie balance estimating means. And combustor control means for controlling the combustor based on the balance of the amount of heat in the evaporator.
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の燃料改質器
の制御装置において、前記燃焼器制御手段が、前記熱量
収支推定手段の推定した前記蒸発器の熱量の収支に基づ
いて前記蒸発器へ熱を伝達する伝熱部の目標温度を算出
する伝熱部温度目標値演算手段を備え、前記伝熱部が前
記伝熱部温度目標値演算手段の算出した前記目標温度に
一致するように前記燃焼器を制御するものである。According to a second aspect of the present invention, in the control device for a fuel reformer according to the first aspect, the combustor control means performs the evaporation based on the heat balance of the evaporator estimated by the heat balance estimation means. A heat transfer section temperature target value calculating means for calculating a target temperature of the heat transfer section for transmitting heat to the vessel, wherein the heat transfer section matches the target temperature calculated by the heat transfer section temperature target value calculating means. To control the combustor.
【０００９】請求項３の発明は、請求項２の燃料改質器
の制御装置において、前記燃焼器制御手段が、前記伝熱
部の温度を測定する伝熱部温度測定手段を備え、前記伝
熱部温度測定手段の測定する前記伝熱部の温度が前記伝
熱部温度目標値演算手段の算出する前記伝熱部温度目標
値と一致するように、前記燃焼器に対する燃料の供給量
を制御するものである。According to a third aspect of the present invention, in the fuel reformer control device of the second aspect, the combustor control means includes a heat transfer section temperature measuring means for measuring a temperature of the heat transfer section, The amount of fuel supplied to the combustor is controlled so that the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measurement means matches the target heat transfer section temperature calculated by the heat transfer section temperature target value calculation means. Is what you do.
【００１０】請求項４の発明は、請求項２又は３の燃料
改質器の制御装置において、前記燃焼器制御手段が、前
記伝熱部の温度を測定する伝熱部温度測定手段と、前記
燃焼器出口の燃焼ガス温度を測定する燃焼器出口温度測
定手段とを備え、前記伝熱部温度測定手段の測定する前
記伝熱部の温度が前記伝熱部温度目標値演算手段の算出
する前記伝熱部温度目標値と一致するように、前記燃焼
器出口の燃焼ガス温度を制御するものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the control apparatus for a fuel reformer according to the second or third aspect, the combustor control means measures a temperature of the heat transfer section; A combustor outlet temperature measuring means for measuring a combustion gas temperature at a combustor outlet, wherein the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measuring means is calculated by the heat transfer section temperature target value calculating means. The temperature of the combustion gas at the outlet of the combustor is controlled so as to match the target value of the heat transfer section temperature.
【００１１】請求項５の発明は、請求項２の燃料改質器
の制御装置において、前記燃焼器制御手段が、前記伝熱
部の温度を測定する伝熱部温度測定手段と、前記燃焼器
出口の燃焼ガス温度を測定する燃焼器出口温度測定手段
と、前記燃焼器出口の燃焼ガス温度の上限値を設定する
手段とを備え、前記伝熱部温度測定手段の測定する前記
伝熱部の温度が前記伝熱部温度目標値演算手段の算出す
る前記伝熱部温度目標値と一致するように前記燃焼器出
口の燃焼ガス温度を制御すると共に、前記燃焼器出口の
燃焼ガス温度が前記燃焼ガス温度の上限値に到達したと
きに、当該上限値を超えないように燃焼ガス温度を維持
するように前記燃焼器に対する燃料の供給量を制御する
ものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the control device for a fuel reformer of the second aspect, the combustor control means measures a temperature of the heat transfer section, and a temperature of the heat transfer section; Combustor outlet temperature measuring means for measuring the combustion gas temperature at the outlet, and means for setting an upper limit value of the combustion gas temperature at the combustor outlet, wherein the heat transfer unit for measuring the heat transfer unit temperature measuring means The combustion gas temperature at the combustor outlet is controlled so that the temperature coincides with the heat transfer unit temperature target value calculated by the heat transfer unit temperature target value calculation means, and the combustion gas temperature at the combustor outlet is adjusted to the combustion temperature. When the gas temperature reaches the upper limit, the amount of fuel supplied to the combustor is controlled so that the combustion gas temperature is maintained so as not to exceed the upper limit.
【００１２】請求項６の発明は、請求項５の燃料改質器
の制御装置において、前記燃焼器が燃料と空気の混合物
を燃焼させるものであり、前記燃焼器制御手段が、前記
燃料の供給量を調整する燃料供給量制御手段と、前記空
気の供給量を調整する空気供給量制御手段と、前記燃焼
器出口の燃焼ガス温度を前記上限値に維持するために、
前記燃焼器に供給する前記燃料と空気との供給量の比を
制御する流量比制御手段とを備えたものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the control device for a fuel reformer according to the fifth aspect, the combustor burns a mixture of fuel and air, and the combustor control means supplies the fuel. Fuel supply amount control means for adjusting the amount, air supply amount control means for adjusting the supply amount of the air, and in order to maintain the combustion gas temperature at the combustor outlet at the upper limit value,
And a flow ratio control means for controlling a ratio of supply amounts of the fuel and the air supplied to the combustor.
【００１３】[0013]
【発明の効果】請求項１の発明の燃料改質器の制御装置
では、原料投入量目標値算出手段が燃料電池で要求する
出力要求値に応じて蒸発器に投入する原料投入量目標値
を算出し、熱量収支推定手段が蒸発器における熱量の収
支を推定する。そして燃焼器制御手段が、この熱量収支
推定手段の推定した蒸発器における熱量の収支に基づい
て燃焼器を制御する。According to the control apparatus for a fuel reformer of the first aspect of the present invention, the target material input amount calculating means determines the target material input amount to be supplied to the evaporator in accordance with the required output value required by the fuel cell. Then, the calorie balance estimating means estimates the calorie balance of the calorie in the evaporator. The combustor control means controls the combustor based on the heat balance of the evaporator estimated by the heat balance estimating means.
【００１４】蒸発器の熱量収支が負になったときには、
蒸発器の出口蒸気温度が低下することを意味し、逆に正
になったときには蒸発器の出口蒸気温度が上昇すること
を意味する。そして熱量収支がゼロであれば定常状態で
あり、蒸発器の出口蒸気温度が現状のまま維持されるこ
とを意味している。したがって、蒸発器の熱量の収支バ
ランスが正か、負か、ゼロかによって熱量の過不足が判
定できるのである。そこで、燃焼器制御手段は、蒸発器
の出口蒸気温度が目標管理温度の下限値よりも低い場合
にはその温度を上昇させるように熱量収支が正となるよ
うに燃焼器を制御し、反対に蒸発器の出口蒸気温度が目
標管理温度の上限値よりも高い場合にはその温度を低下
させる目的で熱量収支が負となるように燃焼器を制御
し、蒸発器の出口蒸気温度が目標管理温度の所定範囲内
にある場合にはその温度を維持する目的で熱量収支がゼ
ロとなるように燃焼器を制御して蒸発器の出口蒸気温度
を制御する。When the heat balance of the evaporator becomes negative,
It means that the outlet steam temperature of the evaporator decreases, and conversely, when it becomes positive, it means that the outlet steam temperature of the evaporator increases. If the heat balance is zero, it is in a steady state, which means that the outlet steam temperature of the evaporator is maintained as it is. Therefore, whether the calorific value of the evaporator is positive, negative, or zero can determine whether the calorific value is excessive or insufficient. Therefore, the combustor control means controls the combustor so that the calorie balance becomes positive so as to increase the temperature when the outlet steam temperature of the evaporator is lower than the lower limit of the target control temperature, and conversely. If the outlet steam temperature of the evaporator is higher than the upper limit of the target control temperature, the combustor is controlled so that the heat balance becomes negative for the purpose of lowering the temperature, and the outlet steam temperature of the evaporator becomes the target control temperature. When the temperature is within the predetermined range, the combustor is controlled so that the heat balance becomes zero in order to maintain the temperature, and the outlet steam temperature of the evaporator is controlled.
【００１５】このようにして燃焼器を制御することによ
り、蒸発器の出口蒸気温度が目標管理温度の所定範囲内
にあるように制御することができる。By controlling the combustor in this manner, it is possible to control the outlet steam temperature of the evaporator so as to be within a predetermined range of the target management temperature.
【００１６】請求項２の発明の燃料改質器の制御装置で
は、伝熱部温度目標値演算手段が熱量収支推定手段の推
定した蒸発器の熱量の収支に基づいて蒸発器へ熱を伝達
する伝熱部の目標温度を算出し、燃焼器制御手段が、伝
熱部の温度が伝熱部温度目標値演算手段の算出した目標
温度に一致するように燃焼器を制御する。In the control device for a fuel reformer according to the second aspect of the present invention, the heat transfer section temperature target value calculating means transmits heat to the evaporator based on the heat balance of the evaporator estimated by the heat balance estimating means. The target temperature of the heat transfer section is calculated, and the combustor control means controls the combustor so that the temperature of the heat transfer section matches the target temperature calculated by the heat transfer section temperature target value calculation means.
【００１７】このようにして燃焼器からの熱を蒸発器に
伝達する伝熱部の温度を目標温度に制御することによっ
て、蒸発器の出口蒸気温度が目標管理温度の所定範囲内
にあるように制御することができる。By controlling the temperature of the heat transfer section for transmitting the heat from the combustor to the evaporator to the target temperature in this manner, the outlet steam temperature of the evaporator is kept within a predetermined range of the target management temperature. Can be controlled.
【００１８】請求項３の発明の燃料改質器の制御装置で
は、燃焼器制御手段が、伝熱部温度測定手段の測定する
伝熱部の温度を伝熱部温度目標値演算手段の算出する伝
熱部温度目標値と一致するように燃焼器に対する燃料の
供給量を制御することにより、蒸発器の出口蒸気温度が
目標管理温度の所定範囲内にあるように制御することが
できる。In the control device for a fuel reformer according to a third aspect of the present invention, the combustor control means calculates the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measuring means by the heat transfer section temperature target value calculating means. By controlling the supply amount of fuel to the combustor so as to match the heat transfer section temperature target value, it is possible to control the outlet steam temperature of the evaporator to be within a predetermined range of the target management temperature.
【００１９】請求項４の発明の燃料改質器の制御装置で
は、燃焼器制御手段が、伝熱部温度測定手段の測定する
伝熱部の温度を伝熱部温度目標値演算手段の算出する伝
熱部温度目標値と一致するように燃焼器出口の燃焼ガス
温度を制御することにより、蒸発器の出口蒸気温度が目
標管理温度の所定範囲内にあるように制御することがで
きる。In the control device for a fuel reformer according to a fourth aspect of the present invention, the combustor control means calculates the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measurement means by the heat transfer section temperature target value calculation means. By controlling the temperature of the combustion gas at the outlet of the combustor so as to match the target value of the temperature of the heat transfer section, it is possible to control the outlet steam temperature of the evaporator to be within a predetermined range of the target management temperature.
【００２０】請求項５の発明の燃料改質器の制御装置で
は、燃焼器制御手段が、伝熱部温度測定手段の測定する
伝熱部の温度を伝熱部温度目標値演算手段の算出する伝
熱部温度目標値と一致するように燃焼器出口の燃焼ガス
温度を制御すると共に、燃焼器出口の燃焼ガス温度が燃
焼ガス温度の上限値に到達したときに、当該上限値を超
えないように燃焼ガス温度を維持するように燃焼器に対
する燃料の供給量を制御することにより、蒸発器の出口
蒸気温度が目標管理温度の所定範囲内にあるように制御
することができる。In the control device for a fuel reformer according to a fifth aspect of the present invention, the combustor control means calculates the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measuring means by the heat transfer section temperature target value calculating means. While controlling the combustion gas temperature at the combustor outlet so as to match the heat transfer section temperature target value, when the combustion gas temperature at the combustor outlet reaches the upper limit of the combustion gas temperature, the combustion gas temperature does not exceed the upper limit. By controlling the amount of fuel supplied to the combustor so as to maintain the combustion gas temperature, it is possible to control the outlet steam temperature of the evaporator to be within a predetermined range of the target management temperature.
【００２１】請求項６の発明の燃料改質器の制御装置で
は、燃焼器制御手段における流量比制御手段が、燃焼器
出口の燃焼ガス温度を上限値に維持するために、燃焼器
に供給する燃料と空気との供給量の比を制御することに
より、蒸発器の出口蒸気温度が目標管理温度の所定範囲
内にあるように制御することができる。In the control device for a fuel reformer according to a sixth aspect of the present invention, the flow ratio control means in the combustor control means supplies the combustion gas to the combustor in order to maintain the temperature of the combustion gas at the combustor outlet at an upper limit value. By controlling the ratio of the supply amounts of fuel and air, it is possible to control the outlet steam temperature of the evaporator to be within a predetermined range of the target management temperature.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の
燃料改質器の制御装置を含む燃料電池発電システムの構
成を示している。この燃料電池発電システムの機械系
は、燃焼器Ｃ１、蒸発器Ｃ２、改質触媒室Ｃ３、燃料電
池Ｃ４、燃焼器Ｃ１に対する空気供給装置Ｃ５及び燃料
供給装置Ｃ６、原料１タンクＣ７及び原料２タンクＣ
８、これらの原料１タンクＣ７の原料１、原料２タンク
Ｃ８の原料２を蒸発器Ｃ２に供給する原料１供給装置Ｃ
９、原料２供給装置Ｃ１０、そして負荷Ｃ１１から構成
されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell power generation system including a control device for a fuel reformer according to a first embodiment of the present invention. The mechanical system of this fuel cell power generation system includes a combustor C1, an evaporator C2, a reforming catalyst chamber C3, a fuel cell C4, an air supply device C5 and a fuel supply device C6 for the combustor C1, a raw material 1 tank C7, and a raw material 2 tank. C
8, a raw material 1 supply device C for supplying the raw material 1 of the raw material 1 tank C7 and the raw material 2 of the raw material 2 tank C8 to the evaporator C2
9, a raw material 2 supply device C10, and a load C11.
【００２３】本実施の形態では、原料１タンクＣ７には
原料１としてメタノールが収められている。原料２タン
クＣ８には原料２として水が収められている。In this embodiment, the raw material 1 tank C7 contains methanol as the raw material 1. Raw material 2 tank C8 stores water as raw material 2.
【００２４】燃料電池発電システムの制御系は、負荷要
求値演算装置Ａ１、出力要求値演算装置Ａ２、蒸発器原
料投入量演算装置Ａ３、パラメータ設定装置Ａ４、制御
装置Ａ５、原料１タンクＣ７内の原料１に対する温度計
測装置Ａ６、原料２タンクＣ８内の原料２に対する温度
計測装置Ａ７、燃焼器Ｃ１の出口ガス温度を計測する燃
焼器出口ガス温度計測装置Ａ８、蒸発器Ｃ２に熱を伝え
る伝熱部の温度を計測する伝熱部温度計測装置Ａ９、蒸
発器出口の蒸気温度を計測する蒸発器出口蒸気温度計測
装置Ａ１０、空気供給装置Ｃ５から燃焼器Ｃ１に供給す
る空気流量を制御する空気流量制御装置Ａ１１、そして
燃料タンクＣ６から燃焼器Ｃ１に供給する燃料流量を制
御する燃料流量制御装置Ａ１２から構成されている。The control system of the fuel cell power generation system includes a load required value computing device A1, an output required value computing device A2, an evaporator raw material input amount computing device A3, a parameter setting device A4, a control device A5, and a raw material 1 tank C7. A temperature measuring device A6 for the raw material 1, a temperature measuring device A7 for the raw material 2 in the raw material 2 tank C8, a combustor outlet gas temperature measuring device A8 for measuring an outlet gas temperature of the combustor C1, and heat transfer for transferring heat to the evaporator C2. Heat transfer unit temperature measuring device A9 for measuring the temperature of the section, evaporator outlet steam temperature measuring device A10 for measuring the steam temperature at the evaporator outlet, air flow rate for controlling the air flow supplied from the air supply device C5 to the combustor C1 It comprises a control device A11 and a fuel flow control device A12 for controlling the flow rate of fuel supplied from the fuel tank C6 to the combustor C1.
【００２５】負荷要求値演算装置Ａ１は、負荷Ｃ１１に
要求する負荷要求値を演算する。この負荷要求値は、当
該システムが燃料電池自動車である場合、ドライバのア
クセル操作から算出する。出力要求値演算装置Ａ２は、
負荷要求値演算装置Ａ１が算出した負荷要求値に基づ
き、燃料電池Ｃ４で必要とする出力要求値を演算する。
蒸発器原料投入量演算装置Ａ３は、出力要求値演算装置
Ａ２が算出した出力要求値に基づき、蒸発器原料投入量
を算出する。この蒸発器原料投入量が、燃料電池出力要
求値に応じた蒸発器原料投入量目標値である。パラメー
タ設定装置Ａ４は、制御装置Ａ５が演算制御に必要とす
る諸々のパラメータを保持している。The required load value calculating device A1 calculates a required load value required for the load C11. When the system is a fuel cell vehicle, the load request value is calculated from the accelerator operation of the driver. The output request value calculation device A2 is
Based on the load request value calculated by the load request value calculation device A1, an output request value required by the fuel cell C4 is calculated.
The evaporator raw material input amount calculation device A3 calculates the evaporator raw material input amount based on the output request value calculated by the output request value operation device A2. This evaporator raw material input amount is a target evaporator raw material input amount value corresponding to the required fuel cell output value. The parameter setting device A4 holds various parameters required for the arithmetic control by the control device A5.
【００２６】制御装置Ａ５には蒸発器原料投入量演算装
置Ａ３から原料投入量目標値が入力され、原料１温度計
測装置Ａ６から原料１の温度、原料２温度計測装置Ａ７
から原料２の温度、燃焼器出口ガス温度計測装置Ａ８か
ら燃焼器出口のガス温度、電熱部温度計測装置Ａ９から
蒸発器内の伝熱部の温度、蒸発器出口蒸気温度計測装置
Ａ１０から蒸発器出口の蒸気温度がそれぞれ入力され
る。そして制御装置Ａ５はこれらの計測値とパラメータ
設定装置Ａ４からのパラメータとを用いて、後述する制
御演算処理によって燃焼器Ｃ１に対する空気供給量、燃
料供給量を求め、これに基づいて空気流量制御装置Ａ１
１、燃料流量制御装置Ａ１２を制御して燃焼器Ｃ１に供
給する空気、燃料の供給量を調整する。The control unit A5 receives the target raw material input amount value from the evaporator raw material input amount calculating unit A3, and receives the raw material 1 temperature and raw material 2 temperature measuring unit A7 from the raw material 1 temperature measuring unit A6.
From the temperature of the raw material 2, from the combustor outlet gas temperature measuring device A8 to the gas temperature at the combustor outlet, from the electric heating portion temperature measuring device A9 to the temperature of the heat transfer portion in the evaporator, from the evaporator outlet steam temperature measuring device A10 to the evaporator. The outlet steam temperature is input respectively. The control device A5 obtains an air supply amount and a fuel supply amount to the combustor C1 by control arithmetic processing described later using these measured values and the parameters from the parameter setting device A4. A1
1. Control the fuel flow controller A12 to adjust the supply amounts of air and fuel to be supplied to the combustor C1.
【００２７】この制御装置Ａ５は図２に示す構成であ
り、蒸発器Ｃ２の熱量収支を推定する蒸発器熱量収支推
定部Ａ５１、この蒸発器熱量の収支推定結果に基づき燃
焼器Ｃ１から蒸発器Ｃ２に熱を伝達する伝熱部の目標温
度を演算する伝熱部目標温度演算部Ａ５２、そして燃焼
器Ｃ１に対する空気流量制御装置Ａ１１、燃料流量制御
装置Ａ１２に対して空気供給量、燃料供給量を指示する
燃焼器制御部Ａ５３を備えている。The control device A5 has the structure shown in FIG. 2 and includes an evaporator heat balance estimating section A51 for estimating the heat balance of the evaporator C2, and the evaporator C2 from the combustor C1 based on the result of estimating the balance of the evaporator heat. A target temperature calculating section A52 for calculating the target temperature of the heat transfer section for transmitting heat to the air flow control device A11 for the combustor C1, and the air supply amount and the fuel supply amount for the fuel flow control device A12. A combustor control unit A53 for instructing is provided.
【００２８】次に、上記の構成の燃料電池発電システム
における燃料改質器の制御装置の動作を、図３のフロー
チャートを用いて説明する。Next, the operation of the control device of the fuel reformer in the fuel cell power generation system having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.
【００２９】負荷要求演算装置Ａ１は、負荷Ｃ１１に要
求する負荷要求値を演算する。出力要求値演算装置Ａ２
は、負荷要求値演算装置Ａ１が算出した負荷要求値に基
づき、燃料電池Ｃ４で必要とする出力要求値を演算す
る。The load request calculator A1 calculates a load request value required for the load C11. Output request value calculation device A2
Calculates the required output value required by the fuel cell C4 based on the required load value calculated by the required load value calculating device A1.
【００３０】蒸発器原料投入量演算装置Ａ３は、出力要
求値演算装置Ａ２が算出した出力要求値に基づいて蒸発
器原料投入量を算出し（ステップＳ０５）、これを原料
１供給装置Ｃ９、原料２供給装置Ｃ１０に与えて所定の
投入量だけ蒸発器Ｃ２に原料１、原料２を供給する（ス
テップＳ１０）。そしてこれと並行して、蒸発器原料投
入量演算装置Ａ３は算出した蒸発器原料投入量目標値を
制御装置Ａ５の蒸発器熱量収支推定部Ａ５１に与える。The evaporator raw material input amount calculation device A3 calculates an evaporator raw material input amount based on the output required value calculated by the output required value arithmetic device A2 (step S05), and uses the calculated amount as the raw material 1 supply device C9 and the raw material 1 supply device C9. The raw material 1 and the raw material 2 are supplied to the evaporator C2 by a predetermined amount supplied to the 2 supply device C10 (step S10). In parallel with this, the evaporator raw material input amount calculating device A3 gives the calculated evaporator raw material input target value to the evaporator calorie balance estimating section A51 of the control device A5.
【００３１】制御装置Ａ５の蒸発器熱量収支推定部Ａ５
１は、蒸発器原料投入量演算装置Ａ３から原料投入量目
標値を、原料１温度計測装置Ａ６から原料１の温度を、
原料２温度計測装置Ａ７から原料２の温度を、燃焼器出
口ガス温度計測装置Ａ８から燃焼器出口のガス温度を、
伝熱部温度計測装置Ａ９から伝熱部温度を、蒸発器出口
蒸気温度計測装置Ａ１０から蒸発器出口の蒸気温度をそ
れぞれ入力し、またパラメータ設定装置Ａ４から諸々の
パラメータを入力する。蒸発器熱量収支推定部Ａ５１は
これらの入力を用いて、後述する方法で蒸発器Ｃ２の熱
量収支を推定演算し、伝熱部目標温度演算部Ａ５２に渡
す（ステップＳ１５）。Evaporator calorie balance estimator A5 of controller A5
1 is a raw material input target value from the evaporator raw material input arithmetic device A3, a raw material 1 temperature from the raw material 1 temperature measuring device A6,
The temperature of the raw material 2 from the raw material 2 temperature measuring device A7, the gas temperature at the combustor outlet from the combustor outlet gas temperature measuring device A8,
The heat transfer section temperature is input from the heat transfer section temperature measuring device A9, the vapor temperature at the evaporator outlet is input from the evaporator outlet steam temperature measuring device A10, and various parameters are input from the parameter setting device A4. Using these inputs, the evaporator calorie balance estimator A51 estimates and calculates the calorie balance of the evaporator C2 by a method described later, and transfers it to the heat transfer unit target temperature calculator A52 (step S15).
【００３２】伝熱部目標温度演算部Ａ５２では、この蒸
発器熱量の収支推定結果に基づき燃焼器Ｃ１から蒸発器
Ｃ２に熱を伝達するための伝熱部の目標温度を算出して
燃焼器制御部Ａ５３に渡す（ステップＳ２０）。The heat transfer section target temperature calculating section A52 calculates a target temperature of the heat transfer section for transferring heat from the combustor C1 to the evaporator C2 based on the result of estimating the balance of the heat of the evaporator, thereby controlling the combustor. It is passed to the section A53 (step S20).
【００３３】続いて、燃焼器制御部Ａ５３では、燃焼器
出口温度を計測している温度計測装置Ａ８の出力を受け
取り、これが上限値に到達していないかどうか判定する
（ステップＳ２５）。Subsequently, the combustor control section A53 receives the output of the temperature measuring device A8 measuring the combustor outlet temperature, and determines whether or not the output has reached the upper limit (step S25).
【００３４】そして燃焼器出口ガス温度が上限値に到達
していなければ、伝熱部が目標温度になるように空気供
給量、燃料供給量のいずれかを制御することにより、燃
焼器出口ガス流量と出口ガス温度を調整し、伝熱部が目
標温度となるようにする（ステップＳ３０）。If the temperature of the gas at the outlet of the combustor has not reached the upper limit, the flow rate of the gas at the outlet of the combustor is controlled by controlling either the air supply amount or the fuel supply amount so that the heat transfer section reaches the target temperature. And the outlet gas temperature is adjusted so that the heat transfer section reaches the target temperature (step S30).
【００３５】他方、燃焼器出口ガス温度が上限値に到達
していれば、その温度を維持しながら伝熱部を目標温度
に維持すべく、燃料、空気の供給量比は一定にしたまま
その全体の供給量を制御する（ステップＳ３５）。On the other hand, if the temperature of the gas at the outlet of the combustor has reached the upper limit, the fuel / air supply ratio is kept constant so that the heat transfer section is maintained at the target temperature while maintaining that temperature. The whole supply amount is controlled (step S35).
【００３６】蒸発器Ｃ２では、投入される所定量の原料
１、原料２に対して、燃焼器Ｃ１からの熱を伝えて蒸発
させ、気化された原料１、原料２を改質触媒室Ｃ３に導
く。改質触媒室Ｃ３では、気化した原料１、原料２を改
質触媒に接触させて改質反応を起こさせ、水素リッチな
燃料ガスにして燃料電池Ｃ４に送込む。In the evaporator C2, heat from the combustor C1 is transmitted to a predetermined amount of the raw material 1 and the raw material 2 to be charged and evaporated, and the vaporized raw material 1 and the raw material 2 are transferred to the reforming catalyst chamber C3. Lead. In the reforming catalyst chamber C3, the vaporized raw material 1 and raw material 2 are brought into contact with the reforming catalyst to cause a reforming reaction, and the hydrogen-rich fuel gas is sent to the fuel cell C4.
【００３７】燃料電池Ｃ４では、改質触媒室Ｃ３からの
水素リッチな燃料ガスと、空気供給装置Ｃ５から供給さ
れる空気中の酸素とを反応させて発電する。この燃料電
池Ｃ４から排出される排ガスは燃焼器Ｃ１に戻して燃焼
させ、蒸発器Ｃ２に対する熱源とする。一方、燃料電池
Ｃ４で発生した電力は負荷Ｃ１１に供給する。In the fuel cell C4, power is generated by reacting the hydrogen-rich fuel gas from the reforming catalyst chamber C3 with oxygen in the air supplied from the air supply device C5. The exhaust gas discharged from the fuel cell C4 is returned to the combustor C1 and burned, and is used as a heat source for the evaporator C2. On the other hand, the electric power generated by the fuel cell C4 is supplied to the load C11.
【００３８】燃料電池自動車の場合には、負荷Ｃ１１は
バッテリあるいはモータであり、燃料電池Ｃ４で発電し
た電気を取り出し、これを電圧昇圧器で昇圧してから利
用する。In the case of a fuel cell vehicle, the load C11 is a battery or a motor. Electricity generated by the fuel cell C4 is taken out, and is used after being boosted by a voltage booster.
【００３９】次に、制御装置Ａ５が採用している上述し
た蒸発器Ｃ２の熱量収支の推定、燃焼器Ｃ１に対する空
気、燃料供給量の制御に用いる演算原理について説明す
る。Next, a description will be given of the operation principle used for estimating the calorie balance of the evaporator C2 and controlling the air and fuel supply amounts to the combustor C1 employed by the controller A5.
【００４０】蒸発器Ｃ２における熱量の収支は、次の数
１式によって表すことができる。ここで原料は２種類、
メタノール（原料１）と水（原料２）である。The balance of the amount of heat in the evaporator C2 can be expressed by the following equation (1). Here, there are two kinds of raw materials,
Methanol (raw material 1) and water (raw material 2).
【００４１】[0041]
【数１】 ただし、 ρ1：原料１の密度［ｋｇ／ｍ3］ ρ2：原料２の密度［ｋｇ／ｍ3］ ρ： 蒸発器内の混合物の平均密度［ｋｇ／ｍ3］ Ｆ1：原料１の体積流量［ｍ3／ｓ］ Ｆ2：原料２の体積流量［ｍ3／ｓ］ Ｆ： 蒸発器流出混合物の体積流量［ｍ3／ｓ］ Ｈ： 蒸発熱量［Ｊ／ｓ］ Ｋ： 蒸発器への伝熱部の熱伝達率［Ｊ／（ｓ・Ｋ・
ｍ2）］ Ａ： 蒸発器への伝熱部の伝熱面積［ｍ2］ Ｃn： 蒸発器熱容量［Ｊ／Ｋ］ Ｃp1：原料１の熱容量［Ｊ／Ｋ］ Ｃp2：原料２の熱容量［Ｊ／Ｋ］ Ｃp： 原料混合物の熱容量［Ｊ／Ｋ］ Ｔn： 蒸発器出口の蒸気温度［Ｋ］ Ｔj： 蒸発器内の伝熱部の温度［Ｋ］ Ｔ1： 蒸発器への原料１の流入温度［Ｋ］ Ｔ2： 蒸発器への原料２の流入温度［Ｋ］ 上の数１式の左辺は、熱量の時間変動を表し、数１式の
右辺第１項は蒸発器Ｃ２に対して原料１が持ち込む熱
量、第２項は原料２が持ち込む熱量を表している。また
右辺第３項は蒸発器Ｃ２から混合物蒸気が持ち去る熱
量、第４項は蒸発器Ｃ２において原料混合物が蒸発する
ときの蒸発熱量、第５項は蒸発器Ｃ２へ燃焼器Ｃ１の熱
を伝える伝熱部からの熱量の収支、そして第６項のΔは
蒸発器Ｃ２での熱量の損失分を表している。(Equation 1) Where ρ 1 : density of raw material 1 [kg / m 3 ] ρ 2 : density of raw material 2 [kg / m 3 ] ρ: average density of mixture in the evaporator [kg / m 3 ] F 1 : density of raw material 1 Volume flow rate [m 3 / s] F 2 : Volume flow rate of raw material 2 [m 3 / s] F: Volume flow rate of the mixture flowing out of the evaporator [m 3 / s] H: Heat of evaporation [J / s] K: Evaporator Heat transfer coefficient of the heat transfer section to the [J / (sK
m 2 )] A: Heat transfer area of the heat transfer section to the evaporator [m 2 ] C n : Heat capacity of the evaporator [J / K] C p1 : Heat capacity of the raw material 1 [J / K] C p2 : of the raw material 2 heat capacity [J / K] C p: the heat capacity of the raw material mixture [J / K] T n: evaporator steam temperature at the outlet [K] T j: temperature of the heat transfer portion in the evaporator [K] T 1: evaporator Inflow temperature [K] of the raw material 1 into the evaporator T 2 : Inflow temperature [K] of the raw material 2 into the evaporator The left side of the above equation 1 represents the time variation of the calorific value, and the first term of the right side of the equation 1 is The amount of heat brought by the raw material 1 to the evaporator C2, and the second term represents the amount of heat brought by the raw material 2. The third term on the right side is the amount of heat carried out by the mixture vapor from the evaporator C2, the fourth term is the amount of heat of evaporation when the raw material mixture evaporates in the evaporator C2, and the fifth term is the transfer of heat from the combustor C1 to the evaporator C2. The balance of the amount of heat from the heating part and Δ in the sixth term represent the amount of heat loss in the evaporator C2.
【００４２】この数１式は、蒸発器Ｃ２の周辺の熱量の
収支すべてを表しているので、原料１、原料２の流入温
度、流量、伝熱部の温度が変化した場合の蒸発器Ｃ２の
周辺の熱量の収支のバランスを推定することができる。Since the equation (1) expresses the entire balance of the amount of heat around the evaporator C2, the temperature of the evaporator C2 when the inflow temperature, the flow rate, and the temperature of the heat transfer section of the raw materials 1 and 2 change. It is possible to estimate the balance of the heat balance in the surrounding area.
【００４３】この熱量の収支バランスが負になった場
合、蒸発器Ｃ２の出口温度が低下することを意味する。
反対にそれが正になった場合には、蒸発器Ｃ２の出口温
度が上昇することを意味する。そしてそれがゼロの場合
には定常状態で、蒸発器Ｃ２の出口温度が現状のまま維
持されることを意味する。つまり、熱量の収支バランス
が正、負、ゼロによって熱量の過不足を判別することが
できる。When the balance of the heat quantity becomes negative, it means that the outlet temperature of the evaporator C2 decreases.
Conversely, when it becomes positive, it means that the outlet temperature of the evaporator C2 increases. If it is zero, it means that the outlet temperature of the evaporator C2 is maintained as it is in a steady state. That is, whether the calorie balance is positive, negative, or zero can determine whether the calorific value is excessive or insufficient.
【００４４】そして蒸発器Ｃ２の出口蒸気ガス温度が目
標管理温度の下限値よりも低い場合には、温度を上昇さ
せて熱量の収支バランスが正となるように燃焼器Ｃ１を
制御し、反対に蒸発器Ｃ２の出口蒸気温度が目標管理温
度上限値よりも高い場合には、温度を低下させて熱量の
収支バランスが負となるように燃焼器Ｃ１を制御し、蒸
発器出口の蒸気温度が目標管理温度の所定の範囲内にあ
れば、温度を現状維持させて熱量の収支バランスがゼロ
となるように燃焼器Ｃ１を制御することにより、蒸発器
Ｃ２の出口蒸気温度を目標管理温度の所定の範囲内にあ
るように制御することができるのである。When the temperature of the steam gas at the outlet of the evaporator C2 is lower than the lower limit value of the target control temperature, the temperature is raised to control the combustor C1 so that the balance of heat quantity becomes positive. When the outlet steam temperature of the evaporator C2 is higher than the target management temperature upper limit, the combustor C1 is controlled so that the balance of heat quantity is reduced by lowering the temperature, and the steam temperature at the evaporator outlet is set to the target. If the temperature is within the predetermined range of the control temperature, the temperature is maintained as it is, and the combustor C1 is controlled so that the balance of heat quantity becomes zero. It can be controlled to be within the range.
【００４５】いま、数１式において、蒸発器Ｃ２の熱量
収支が定常状態であれば、左辺がゼロとなるので、次の
数２式のようになる。以下では、説明の簡単化のために
損失Δはないものと仮定する。Now, in the equation (1), if the calorie balance of the evaporator C2 is in a steady state, the left side becomes zero, so the following equation (2) is obtained. In the following, it is assumed that there is no loss Δ for the sake of simplicity.
【００４６】[0046]
【数２】 数２式をＴjについて解いて、Ｔj-tとおく。(Equation 2) Equation 2 is solved for T j and set as T jt .
【００４７】[0047]
【数３】 蒸発器Ｃ２の出口蒸気温度を目標管理温度に保つよう
に、蒸発器Ｃ２内の燃焼器Ｃ１からの伝熱部の目標温度
を算出するには、数３式において、蒸発器Ｃ２の出口蒸
気温度Ｔnを目標管理温度Ｔn-tに置き換えて、次の数４
式となる。(Equation 3) In order to calculate the target temperature of the heat transfer section from the combustor C1 in the evaporator C2 so as to maintain the outlet steam temperature of the evaporator C2 at the target management temperature, the following equation (3) is used. replacing the T n the target control temperature T nt, the number of the next 4
It becomes an expression.
【００４８】[0048]
【数４】 この数４式から、蒸発器Ｃ２に投入する原料流量、温度
が変化したときには、蒸発器温度を目標管理値に維持す
るために必要となる、前記伝熱部の目標温度を算出する
ことができる。(Equation 4) From this equation 4, when the flow rate and temperature of the raw material supplied to the evaporator C2 change, the target temperature of the heat transfer section, which is necessary to maintain the evaporator temperature at the target management value, can be calculated. .
【００４９】この燃焼器Ｃ１からの伝熱部の温度と、燃
焼器Ｃ１の出口ガス温度との関係は、次の数５式で表す
ことができる。The relationship between the temperature of the heat transfer section from the combustor C1 and the outlet gas temperature of the combustor C1 can be expressed by the following equation (5).
【００５０】[0050]
【数５】 ただし、 Ｃj： 伝熱部熱容量［Ｊ／Ｋ］ Ｔn： 蒸発器の出口蒸気温度［Ｋ］ Ｔj： 伝熱部の温度［Ｋ］ Ｃｐ3：燃焼器からのガスの熱容量［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ） Ｔ3： 燃焼器からのガスの温度［Ｋ］ ρ3： 燃焼器からのガスの密度［ｋｇ／ｍ3］ この数５式の右辺第１項は燃焼器Ｃ１の出口ガスが伝熱
部に持ち込む熱量、第２項は燃焼器Ｃ１の出口ガスが伝
熱部から持ち去る熱量を表している。第３項は、蒸発器
Ｃ２へ熱を伝える伝熱部からの熱量の収支を表し、第４
項は伝熱部での熱量の損失分を表している。(Equation 5) Here, C j : heat transfer section heat capacity [J / K] T n : evaporator outlet steam temperature [K] T j : heat transfer section temperature [K] Cp 3 : heat capacity of gas from combustor [J / K] (Kg · K) T 3 : Temperature of the gas from the combustor [K] ρ 3 : Density of the gas from the combustor [kg / m 3 ] The first term on the right side of Equation 5 is the outlet gas of the combustor C1. Represents the amount of heat brought into the heat transfer section, and the second term represents the amount of heat carried out by the outlet gas of the combustor C1 from the heat transfer section. The third term represents the balance of the amount of heat from the heat transfer section that transmits heat to the evaporator C2, and the fourth term
The term represents the amount of heat loss in the heat transfer section.
【００５１】この数５式より、蒸発器Ｃ２の伝熱部の温
度Ｔjを変化させるためには、第１項と、第３項のＫ・Ａ
・（−Ｔn）を変化させるしかない。ところが、Ｔnは蒸
発器Ｃ２の出口蒸気温度であるので、これを直接操作す
ることはできない。したがって、蒸発器Ｃ２内にある伝
熱部の温度Ｔjを変化させるためには、第１項のρ3・Ｆ3
・Ｃｐ3・Ｔ3を変化させるしか現実的な方法はない。[0051] From this equation (5), in order to change the temperature T j of the heat transfer section of the evaporator C2 has a first term, the third term K · A
・ (-T n ) must be changed. However, since T n is the outlet steam temperature of the evaporator C2, it cannot be directly operated. Therefore, in order to change the temperature T j of the heat transfer portion in the evaporator C2 is the first term ρ 3 · F 3
The only practical method is to change Cp 3 · T 3 .
【００５２】このことから、燃焼器Ｃ１の出口ガス流量
Ｆ3と出口ガス温度Ｔ３を制御すれば、蒸発器Ｃ２へ熱
を伝達するための伝熱部へ供給する熱量を調節すること
ができ、これによって伝熱部の温度Ｔjを制御すること
ができるのである。Thus, by controlling the outlet gas flow rate F 3 and the outlet gas temperature T 3 of the combustor C1, the amount of heat supplied to the heat transfer section for transferring heat to the evaporator C2 can be adjusted. , whereby it is possible to control the temperature T j of the heat transfer section.
【００５３】燃焼器Ｃ１の出口ガス流量や出口ガス温度
を制御するには、これらに目標値を設定し、それに一致
するように燃焼器Ｃ１に供給する燃料、空気の供給量を
制御することになる。ここで、燃焼器Ｃ１の出口ガス温
度は一定に保ちながら出口ガス流量を変化させる場合に
は、空気供給量：燃料供給量の比は一定に保ちながらそ
の全体の供給量を変化させる制御を行う。また出口ガス
温度を変化させる場合には、空気供給量だけあるいは燃
料供給量だけを変化させる制御を行う。In order to control the outlet gas flow rate and the outlet gas temperature of the combustor C1, target values are set for these, and the amounts of fuel and air supplied to the combustor C1 are controlled so as to match them. Become. Here, when changing the outlet gas flow rate while keeping the outlet gas temperature of the combustor C1 constant, control is performed to change the overall supply amount while keeping the air supply amount: fuel supply amount ratio constant. . When changing the outlet gas temperature, control is performed to change only the air supply amount or the fuel supply amount.
【００５４】図４及び図５は本実施の形態による燃料改
質器の制御装置と従来の制御装置とのコンピュータシミ
ュレーション結果を示している。図４は本実施の形態に
よる制御を実施した場合、図５はそれを実施しなかった
場合のシミュレーション結果である。両図において、
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）はそれぞれ、 （ａ）蒸発器Ｃ２の出口蒸気温度［Ｋ］ （ｂ）蒸発器Ｃ２へ熱を伝達する伝熱部の目標温度
［Ｋ］（図６にはない） （ｃ）燃焼器Ｃ１の投入燃料［ｍ3／ｓ］ （ｄ）蒸発器Ｃ２への投入原料［ｍ3／ｓ］ （ｅ）燃焼器Ｃ１への空気供給量［ｍ3／ｓ］ を表している。FIGS. 4 and 5 show computer simulation results of the control device of the fuel reformer according to the present embodiment and the conventional control device. FIG. 4 shows a simulation result when the control according to the present embodiment is performed, and FIG. 5 shows a simulation result when the control is not performed. In both figures,
(A), (b), (c), (d), and (e) are, respectively, (a) the outlet steam temperature [K] of the evaporator C2; and (b) the heat transfer portion for transmitting heat to the evaporator C2. Target temperature [K] (not shown in FIG. 6) (c) Fuel input to combustor C1 [m 3 / s] (d) Feed material to evaporator C2 [m 3 / s] (e) To combustor C1 Of air supply [m 3 / s].
【００５５】このシミュレーション条件は、２２秒の時
点で蒸発器Ｃ２に投入する原料流量をステップ状に変化
させて増加し、２５秒の時点でステップ状に減少させた
ものである（両図（ｄ））。The simulation conditions are such that the flow rate of the raw material supplied to the evaporator C2 is increased stepwise at 22 seconds and decreased stepwise at 25 seconds (see both figures (d)). )).
【００５６】燃焼器Ｃ１の燃料としては、水素と空気を
仮定し、水素は一定量供給し続けるものとし、空気流量
だけを変化させるものとした（シミュレーション上で
は、燃焼器出口ガス温度が上限管理値を超えない場合を
想定しているので、水素と空気との一定比率制御は行わ
ないとした）。As fuel for the combustor C1, hydrogen and air are assumed, and a constant amount of hydrogen is continuously supplied, and only the air flow rate is changed. (In the simulation, the upper limit of the combustor outlet gas temperature is controlled. Since the value is not expected to be exceeded, constant ratio control of hydrogen and air was not performed.)
【００５７】図５に示した本実施の形態の制御では、蒸
発器Ｃ２内の伝熱部の目標温度を算出して、燃焼器Ｃ１
の空気量を調節するようにしている。このため、燃焼器
出口ガス温度が変化している。またこれにより、蒸発器
出口の蒸気温度は原料投入時にいったん下がるが、すぐ
に復帰している。In the control of this embodiment shown in FIG. 5, the target temperature of the heat transfer section in the evaporator C2 is calculated, and the target temperature of the combustor C1 is calculated.
Adjust the amount of air. For this reason, the combustor outlet gas temperature has changed. In addition, the steam temperature at the outlet of the evaporator once drops when the raw materials are charged, but returns immediately.
【００５８】これに対して、図６に示した従来例の制御
によれば、蒸発器Ｃ２の出口蒸気温度は原料投入と共に
低下したままとなっていて、原料投入量を減らさない限
り温度が復帰しないことが分かる。On the other hand, according to the control of the conventional example shown in FIG. 6, the outlet steam temperature of the evaporator C2 is kept decreasing with the input of the raw material, and the temperature is restored unless the input amount of the raw material is reduced. It turns out not to be.
【００５９】このようにして本発明によれば、燃料電池
Ｃ４で要求する出力要求値に応じた原料投入量を蒸発器
Ｃ２に投入すると共に、その出口蒸気温度が目標管理温
度の下限値よりも低下したり、逆に目標管理温度の上限
値よりも上昇したりしないように燃焼器Ｃ１側を制御す
ることにより、蒸発器出口の蒸気ガス温度をふさわしい
ものに維持することができる。As described above, according to the present invention, the amount of raw material charged in accordance with the required output value required by the fuel cell C4 is charged into the evaporator C2, and the outlet steam temperature is lower than the lower limit value of the target control temperature. By controlling the combustor C1 side so as not to decrease or, conversely, increase above the upper limit value of the target management temperature, the steam gas temperature at the evaporator outlet can be maintained at an appropriate level.
【００６０】そしてこの場合に、燃焼器Ｃ１の出口ガス
流量Ｆ３と出口ガス温度Ｔ３を制御すれば、蒸発器Ｃ２
へ熱を伝達するための伝熱部へ供給する熱量を調節する
ことができ、これによって伝熱部の温度Ｔｊを制御する
ことができる。In this case, if the outlet gas flow rate F 3 and the outlet gas temperature T 3 of the combustor C 1 are controlled, the evaporator C 2
To heat supplied to the heat transfer section for transferring heat can be adjusted, whereby it is possible to control the temperature T j of the heat transfer section.
【００６１】さらに、燃焼器Ｃ１の出口ガス流量や出口
ガス温度を制御するには、これらに目標値を設定し、そ
れに一致するように燃焼器Ｃ１に供給する燃料、空気の
供給量を制御することができる。つまり、燃焼器Ｃ１の
出口ガス温度は一定に保ちながら出口ガス流量を変化さ
せる場合には、空気供給量：燃料供給量の比は一定に保
ちながらその全体の供給量を変化させる制御を行う。ま
た出口ガス温度を変化させる場合には、空気供給量だけ
あるいは燃料供給量だけを変化させる制御を行うのであ
る。Further, in order to control the outlet gas flow rate and outlet gas temperature of the combustor C1, target values are set for these, and the amounts of fuel and air supplied to the combustor C1 are controlled so as to correspond to the target values. be able to. That is, when changing the outlet gas flow rate while keeping the outlet gas temperature of the combustor C1 constant, control is performed to change the entire supply amount while keeping the air supply amount: fuel supply amount ratio constant. When the outlet gas temperature is changed, control is performed to change only the air supply amount or the fuel supply amount.
【図１】本発明の１つの実施の形態の燃料改質器の制御
装置を含む燃料電池発電システムのブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell power generation system including a control device for a fuel reformer according to one embodiment of the present invention.
【図２】上記の実施の形態における制御装置の内部構成
を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a control device according to the embodiment.
【図３】上記の実施の形態における蒸発器、燃焼器の制
御のフローチャート。FIG. 3 is a flowchart of control of an evaporator and a combustor in the embodiment.
【図４】上記の実施の形態による制御特性を示すグラ
フ。FIG. 4 is a graph showing control characteristics according to the embodiment.
【図５】従来例の制御特性を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing control characteristics of a conventional example.
Ｃ１ 燃焼器 Ｃ２ 蒸発器 Ｃ３ 改質触媒室 Ｃ４ 燃料電池 Ｃ９ 原料１供給装置 Ｃ１０ 原料２供給装置 Ｃ１１ 負荷 Ａ１ 負荷要求値演算装置 Ａ２ 出力要求値演算装置 Ａ３ 蒸発器原料投入量演算装置 Ａ４ パラメータ設定装置 Ａ５ 制御装置 Ａ１１ 空気供給量制御装置 Ａ１２ 燃料供給量制御装置 Ａ５１ 蒸発器熱量収支推定部 Ａ５２ 伝熱部温度目標演算部 Ａ５３ 燃焼器制御部 C1 Combustor C2 Evaporator C3 Reforming catalyst chamber C4 Fuel cell C9 Raw material 1 supply device C10 Raw material 2 supply device C11 Load A1 Load demand value calculation device A2 Output demand value calculation device A3 Evaporator feed amount calculation device A4 Parameter setting device A5 Controller A11 Air supply controller A12 Fuel supply controller A51 Evaporator heat balance estimator A52 Heat transfer unit temperature target calculator A53 Combustor controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K003 AA01 AB02 AC02 BA02 BB02 CA03 CA05 CB05 CC01 DA04 3K005 AA06 AB01 AC05 BA05 BA06 CA01 4G040 EA02 EA06 EA07 EB03 EB14 EB43 5H027 AA02 BA01 BA09 KK41 KK52 MM13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3K003 AA01 AB02 AC02 BA02 BB02 CA03 CA05 CB05 CC01 DA04 3K005 AA06 AB01 AC05 BA05 BA06 CA01 4G040 EA02 EA06 EA07 EB03 EB14 EB43 5H027 AA02 BA01 BA09 KK41 KK52 MM13
Claims (6)
な燃料ガスを生成する改質触媒と、原料を蒸発させて前
記改質触媒に供給する蒸発器と、前記蒸発器に前記原料
を加熱するための熱を供給する燃焼器とから成る燃料改
質器を制御する燃料改質器の制御装置であって、 燃料電池で要求する出力要求値に応じて前記蒸発器に投
入する原料投入量目標値を算出する原料投入量目標値算
出手段と、 前記蒸発器における熱量の収支を推定する熱量収支推定
手段と、 前記熱量収支推定手段の推定した前記蒸発器における熱
量の収支に基づいて、前記燃焼器を制御する燃焼器制御
手段とを備えて成る燃料改質器の制御装置。1. A reforming catalyst for reforming a vaporized raw material to generate a hydrogen-rich fuel gas, an evaporator for evaporating the raw material and supplying the raw material to the reforming catalyst, A fuel reformer control device for controlling a fuel reformer comprising a combustor for supplying heat for heating the fuel cell, wherein a raw material to be charged into the evaporator according to a required output value required by a fuel cell A raw material input target value calculating unit for calculating an input target value; a heat amount budget estimating unit for estimating a heat amount balance in the evaporator; and a heat amount balance in the evaporator estimated by the heat amount budget estimating unit. And a combustor controlling means for controlling the combustor.
定手段の推定した前記蒸発器の熱量の収支に基づいて前
記蒸発器へ熱を伝達する伝熱部の目標温度を算出する伝
熱部温度目標値演算手段を備え、前記伝熱部が前記伝熱
部温度目標値演算手段の算出した前記目標温度に一致す
るように前記燃焼器を制御することを特徴とする請求項
１に記載の燃料改質器の制御装置。2. A heat transfer section for calculating a target temperature of a heat transfer section for transmitting heat to the evaporator based on a heat balance of the evaporator estimated by the calorie balance estimating means. 2. The apparatus according to claim 1, further comprising a target temperature calculating unit, wherein the combustor is controlled such that the heat transfer unit matches the target temperature calculated by the target heat transfer unit temperature calculating unit. 3. Control unit for fuel reformer.
度を測定する伝熱部温度測定手段を備え、前記伝熱部温
度測定手段の測定する前記伝熱部の温度が前記伝熱部温
度目標値演算手段の算出する前記伝熱部温度目標値と一
致するように、前記燃焼器に対する燃料の供給量を制御
することを特徴とする請求項２に記載の燃料改質器の制
御装置。3. The combustor control means includes a heat transfer section temperature measuring means for measuring a temperature of the heat transfer section, wherein the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measuring means is equal to the heat transfer section temperature. 3. The control of the fuel reformer according to claim 2, wherein a supply amount of fuel to the combustor is controlled so as to coincide with the heat transfer section temperature target value calculated by the section temperature target value calculation means. apparatus.
度を測定する伝熱部温度測定手段と、前記燃焼器出口の
燃焼ガス温度を測定する燃焼器出口温度測定手段とを備
え、前記伝熱部温度測定手段の測定する前記伝熱部の温
度が前記伝熱部温度目標値演算手段の算出する前記伝熱
部温度目標値と一致するように、前記燃焼器出口の燃焼
ガス温度を制御することを特徴とする請求項２又は３に
記載の燃料改質器の制御装置。4. The combustor control means includes a heat transfer section temperature measuring means for measuring a temperature of the heat transfer section, and a combustor outlet temperature measuring means for measuring a combustion gas temperature at the combustor outlet, The temperature of the combustion gas at the outlet of the combustor so that the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measurement means matches the target heat transfer section temperature calculated by the heat transfer section temperature target value calculation means. The control device for a fuel reformer according to claim 2, wherein
度を測定する伝熱部温度測定手段と、前記燃焼器出口の
燃焼ガス温度を測定する燃焼器出口温度測定手段と、前
記燃焼器出口の燃焼ガス温度の上限値を設定する手段と
を備え、 前記伝熱部温度測定手段の測定する前記伝熱部の温度が
前記伝熱部温度目標値演算手段の算出する前記伝熱部温
度目標値と一致するように前記燃焼器出口の燃焼ガス温
度を制御すると共に、前記燃焼器出口の燃焼ガス温度が
前記燃焼ガス温度の上限値に到達したときに、当該上限
値を超えないように燃焼ガス温度を維持するように前記
燃焼器に対する燃料の供給量を制御することを特徴とす
る請求項２に記載の燃料改質器の制御装置。5. The combustor control means includes: a heat transfer section temperature measuring means for measuring a temperature of the heat transfer section; a combustor outlet temperature measuring means for measuring a combustion gas temperature at the combustor outlet; Means for setting an upper limit value of the combustion gas temperature at the outlet of the vessel, wherein the temperature of the heat transfer section measured by the heat transfer section temperature measurement means is calculated by the heat transfer section temperature target value calculation means. While controlling the combustion gas temperature at the combustor outlet so as to match the temperature target value, when the combustion gas temperature at the combustor outlet reaches the upper limit of the combustion gas temperature, the combustion gas temperature does not exceed the upper limit. 3. The control device for a fuel reformer according to claim 2, wherein the amount of fuel supplied to the combustor is controlled so as to maintain the combustion gas temperature.
させるものであり、 前記燃焼器制御手段は、前記燃料の供給量を調整する燃
料供給量制御手段と、前記空気の供給量を調整する空気
供給量制御手段と、前記燃焼器出口の燃焼ガス温度を前
記上限値に維持するために、前記燃焼器に供給する前記
燃料と空気との供給量の比を制御する流量比制御手段と
を備えて成ることを特徴とする請求項５の燃料改質器の
制御装置。6. The combustor combusts a mixture of fuel and air, wherein the combustor control means adjusts a fuel supply amount to adjust the fuel supply amount, and adjusts the air supply amount. Air supply amount control means, and a flow ratio control means for controlling a ratio of supply amounts of the fuel and air supplied to the combustor in order to maintain the combustion gas temperature at the combustor outlet at the upper limit value. The control device for a fuel reformer according to claim 5, further comprising:
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002198073A (en) * | 2000-12-22 | 2002-07-12 | Honda Motor Co Ltd | Control method of heat treatment system |
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