JP2002175826A - Fuel cell power generation system - Google Patents

Fuel cell power generation system

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JP2002175826A
JP2002175826A JP2000372812A JP2000372812A JP2002175826A JP 2002175826 A JP2002175826 A JP 2002175826A JP 2000372812 A JP2000372812 A JP 2000372812A JP 2000372812 A JP2000372812 A JP 2000372812A JP 2002175826 A JP2002175826 A JP 2002175826A
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JP
Japan
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flow rate
fuel cell
reformed gas
hydrogen
fuel
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Application number
JP2000372812A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Murayama
邦彦 村山
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Ebara Ballard Corp
Original Assignee
Ebara Ballard Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve operation efficiency of a system, while preventing damages to a fuel cell, by more economically and simply detecting hydrogen concentration in a reformed gas. SOLUTION: The system has reforming equipment 10, which generates a hydrogen rich reformed gas to produce a hydrocarbon system fuel or methanol as an original fuel, the fuel cell 12, which generates electricity by making the reformed gas, which is obtained by the reforming equipment 10, react with an oxidizer electrochemically, an original fuel gas flow rate detection means 36 to detect of the flow rate of the original fuel, a reformed gas flow rate detection means 56, which detects the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell 12, an output direct-current current value detection means 50, which detects or calculates the output direct-current current value from the fuel cell 12, and an operation control means 78, which while calculating the value of a hydrogen utilization factor of the fuel cell 12 by using the original fuel gas flow rate detection means 36, the reformed gas flow rate detection means 56, and the output direct-current current value detection means 50, controls the hydrogen utilization factor, by comparing the above calculated value with the hydrogen utilization factor which has been set up beforehand.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池発電システ
ムに係り、特に燃料電池の運転状態を把握して該燃料電
池の損傷を防止しながらシステムの発電効率の向上を図
るようにした燃料電池発電システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly to a fuel cell power generation system capable of grasping an operation state of a fuel cell and preventing the damage of the fuel cell while improving the power generation efficiency of the system. About the system.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、従来の燃料電池発電システムの
一般的な構成を示す。この燃料電池発電システムは、天
然ガスやメタノールなどの原燃料と水蒸気との水蒸気改
質反応及び一酸化炭素変性反応を通して水素リッチな改
質燃料ガスを生成する改質装置10と、この改質装置1
0で生成された改質ガスと空気などの酸化剤との電気化
学反応で直流電力を発生させる燃料電池12とを有して
いる。ここで、原燃料は原燃料ガス供給ライン14か
ら、水蒸気は水蒸気供給ライン16からそれぞれ改質装
置10に供給され、改質ガスは改質ガス供給ライン18
から燃料電池12の燃料極(水素極)20に、空気など
の酸化剤は、酸化剤供給ライン22から燃料電池12の
空気極(酸化剤極)24にそれぞれ供給される。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a general configuration of a conventional fuel cell power generation system. The fuel cell power generation system includes a reformer 10 that generates a hydrogen-rich reformed fuel gas through a steam reforming reaction of a raw fuel such as natural gas or methanol with steam and a carbon monoxide reforming reaction; 1
And a fuel cell 12 that generates DC power by an electrochemical reaction between the reformed gas generated in step 0 and an oxidant such as air. Here, the raw fuel is supplied to the reformer 10 from the raw fuel gas supply line 14, the steam is supplied to the reformer 10 from the steam supply line 16, and the reformed gas is supplied to the reformed gas supply line 18.
The oxidant such as air is supplied to the fuel electrode (hydrogen electrode) 20 of the fuel cell 12, and the air electrode (oxidant electrode) 24 of the fuel cell 12 is supplied from the oxidant supply line 22.

【0003】そして、燃料電池12で発生した直流電力
は、直流電流回路26を経て負荷に接続され、必要に応
じて、DC/AC変換器28を介して交流電力に変換さ
れて、交流電気出力30として出力される。
[0003] The DC power generated by the fuel cell 12 is connected to a load via a DC current circuit 26 and, if necessary, is converted to AC power via a DC / AC converter 28 to output AC power. It is output as 30.

【0004】なお、燃料電池12内に流入した改質ガス
は、改質ガス排出ライン32から、同じく空気などの酸
化剤は、酸化剤排出ライン34からそれぞれ排ガスとし
て外部に排出される。また、原燃料ガス供給ライン14
には、原燃料ガス流量検出器36と原燃料ガス流量制御
弁38が、水蒸気供給ライン16には、水蒸気流量検出
器40と水蒸気流量制御弁42が、酸化剤供給ライン2
2には、酸化剤流量検出器44と酸化剤流量制御弁46
がそれぞれ設けられている。
The reformed gas flowing into the fuel cell 12 is discharged from the reformed gas discharge line 32 and the oxidant such as air is discharged from the oxidant discharge line 34 as exhaust gas. Also, the raw fuel gas supply line 14
The raw fuel gas flow detector 36 and the raw fuel gas flow control valve 38 are provided in the steam supply line 16, and the steam flow detector 40 and the steam flow control valve 42 are provided in the steam supply line 16.
2 includes an oxidant flow detector 44 and an oxidant flow control valve 46.
Are provided respectively.

【0005】ところで、改質反応及び一酸化炭素変成反
応を利用した改質装置によって天然ガスやメタノールな
どの原燃料を改質した燃料(改質ガス)を燃料電池の燃
料極に供給し、空気極に供給される空気などの酸化剤と
合わせて発電を行う場合、理論上必要となる水素に比べ
て過剰な水素流通が必要で、この余剰分が十分でない場
合、つまり燃料電池に供給される水素のうち発電のため
に消費される水素の割合として定義される水素利用率が
ある値を超える場合、燃料電池内部の構成材料の劣化・
損傷が起こり、燃料電池の性能低下が起こる。また、水
素利用率が低い運転状態においては、改質装置で生成し
た水素のうち発電に供されない割合が高くなることにな
り、システムとしての発電効率が低くなる。従って、こ
の水素利用率を連続的に監視し、適正な値に制御するこ
とは、燃料電池の性能の劣化を防止しつつ、システムと
しての高効率化を実現するために不可欠である。
Meanwhile, a fuel (reformed gas) obtained by reforming a raw fuel such as natural gas or methanol by a reformer utilizing a reforming reaction and a carbon monoxide shift reaction is supplied to a fuel electrode of a fuel cell, and air is supplied to the fuel cell. When generating power in combination with an oxidant such as air supplied to the poles, excess hydrogen circulation is required compared to the theoretically required hydrogen, and if this surplus is not sufficient, that is, it is supplied to the fuel cell If the hydrogen utilization rate, which is defined as the percentage of hydrogen consumed for power generation among hydrogen, exceeds a certain value, deterioration of constituent materials inside the fuel cell
Damage occurs and the performance of the fuel cell deteriorates. Further, in an operation state in which the hydrogen utilization rate is low, the proportion of the hydrogen generated by the reformer that is not used for power generation increases, and the power generation efficiency of the system decreases. Therefore, continuously monitoring this hydrogen utilization and controlling it to an appropriate value is indispensable for realizing high efficiency of the system while preventing deterioration of the performance of the fuel cell.

【0006】ここで、燃料電池における水素利用率を連
続的に監視・制御するためには、改質装置から燃料電池
に供給される改質ガス中に含まれる水素量と、燃料電池
で消費される水素量を連続的に検出する必要がある。
Here, in order to continuously monitor and control the hydrogen utilization rate in the fuel cell, the amount of hydrogen contained in the reformed gas supplied from the reformer to the fuel cell and the amount of hydrogen consumed in the fuel cell are considered. It is necessary to detect the amount of hydrogen continuously.

【0007】このため、従来、図7に示すように、直流
電流回路26に該回路26を流れる直流電流を検出する
直流電流検出器50を、改質ガス供給ライン18に該ラ
イン18を流れる改質ガスの水素濃度を水素濃度検出端
52から検出する水素濃度検出器54と流量を検出する
改質ガス流量検出器56をそれぞれ設け、直流電流検出
器50からの出力信号58、水素濃度検出器54からの
出力信号60及び改質ガス流量検出器56からの制御信
号62を演算制御部64に入力し、この演算制御部64
からの制御信号66で原燃料ガス流量制御弁38の開度
を制御するようにしたものが提案されている。
For this reason, conventionally, as shown in FIG. 7, a DC current detector 50 for detecting a DC current flowing through the DC current circuit 26 is connected to a reforming gas supply line 18 through a reforming gas flowing through the line 18. A hydrogen concentration detector 54 for detecting the hydrogen concentration of the raw gas from the hydrogen concentration detection end 52 and a reformed gas flow detector 56 for detecting the flow rate are provided, respectively, and an output signal 58 from the DC current detector 50 and a hydrogen concentration detector An output signal 60 from the control unit 54 and a control signal 62 from the reformed gas flow rate detector 56 are input to an arithmetic control unit 64.
Has been proposed in which the opening degree of the raw fuel gas flow control valve 38 is controlled by a control signal 66 from the control system.

【0008】これは、図8に示すように、直流電流回路
26を流れる電流(I)を直流電流検出器50で検出し
て燃料電池12における消費水素量(Qcons)を算
出し、同時に改質ガス供給ライン18を流れる改質ガス
に含まれる水素濃度(rH2)を水素濃度検出器54で、
同じく流量(Q)を改質ガス流量検出器56でそれぞ
れ検出して燃料電池12への供給水素量(Qsup)を
算出する。そして、これら2つの算出結果により燃料電
池12における水素利用率(U)を算出し、これを予め
設定または指令されている水素利用率(Uset)と比
較し、その比較結果に応じて、原燃料ガス供給ライン1
4を流れる原燃料ガスの流量を原燃料ガス流量制御弁3
8により変化させ、水素利用率を調節するようにしたも
のである。
As shown in FIG. 8, the current (I) flowing through the DC current circuit 26 is detected by the DC current detector 50 to calculate the amount of hydrogen consumed (Q cons ) in the fuel cell 12 and simultaneously revised. The hydrogen concentration (rH2) contained in the reformed gas flowing through the high-quality gas supply line 18 is detected by the hydrogen concentration detector 54.
Similarly, the flow rate (Q R ) is detected by the reformed gas flow rate detector 56 to calculate the hydrogen supply amount (Q sup ) to the fuel cell 12. Then, the hydrogen utilization rate (U) in the fuel cell 12 is calculated based on these two calculation results, and the calculated hydrogen utilization rate (U) is compared with a preset or commanded hydrogen utilization rate (U set ). Fuel gas supply line 1
The flow rate of the raw fuel gas flowing through the fuel gas flow control valve 3
8 to adjust the hydrogen utilization rate.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
あっては、改質ガス中の水素濃度を検出する手段(水素
濃度検出器)を備えており、これは、一般に、赤外線式
ガス分析系、ガスクロマトグラフィなどの高価なガス分
析器によって構成されている。このため、このような水
素ガス濃度検出手段を備えると、大型プラントなどでの
運用には適しているものの、汎用性の高い、例えば家庭
用の燃料電池発電システムに適用した場合に、システム
全体としてかなり高価かつ複雑なものとなるばかりでな
く、広い設置スペースを必要とするといった問題がある
と考えられる。
However, the above-mentioned prior art is provided with a means (hydrogen concentration detector) for detecting the hydrogen concentration in the reformed gas, which is generally provided by an infrared gas analyzer. The system consists of expensive gas analyzers such as gas chromatography. Therefore, if such a hydrogen gas concentration detecting means is provided, it is suitable for operation in a large plant or the like, but has high versatility, for example, when applied to a home fuel cell power generation system, the system as a whole It is thought that there is a problem that not only is it considerably expensive and complicated, but also a large installation space is required.

【0010】本発明は上記に鑑みてなされたもので、ガ
ス中の水素濃度を、より経済的かつ簡便に検出して、燃
料電池の損傷を防止しながら、システムの運転効率を向
上させることができるようにした燃料電池発電システム
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to detect the hydrogen concentration in a gas more economically and easily, and to improve the operation efficiency of the system while preventing damage to the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation system that can be used.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、炭化水素系燃料またはメタノールを原燃料とし水素
リッチな改質ガスを生成する改質装置と、前記改質装置
によって得られた改質ガスと酸化剤とを電気化学的に反
応させて発電を行う燃料電池と、前記原燃料の流量を検
出する原燃料ガス流量検出手段と、前記燃料電池に供給
される前記改質ガスの流量を検出する改質ガス流量検出
手段と、前記燃料電池からの出力直流電流値を検出或い
は演算する出力直流電流値検知手段とを備えた燃料電池
発電システムにおいて、前記原燃料ガス流量検出手段、
前記改質ガス流量検出手段及び前記出力直流電流検知手
段からの出力信号を用いて前記燃料電池の水素利用率を
演算し、該演算値と予め設定した水素利用率と比較して
水素利用率を制御する演算制御手段を有することを特徴
とする燃料電池発電システムである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas using a hydrocarbon fuel or methanol as a raw fuel, and a reformer obtained by the reformer. A fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting the reformed gas and an oxidant, a raw fuel gas flow rate detecting unit that detects a flow rate of the raw fuel, and a fuel cell that detects the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell. In a fuel cell power generation system comprising a reformed gas flow rate detecting means for detecting a flow rate, and an output DC current value detecting means for detecting or calculating an output DC current value from the fuel cell, the raw fuel gas flow rate detecting means,
Using the output signals from the reformed gas flow rate detection means and the output DC current detection means, calculate the hydrogen utilization rate of the fuel cell, and compare the calculated value with a preset hydrogen utilization rate to calculate the hydrogen utilization rate. A fuel cell power generation system comprising an arithmetic and control unit for controlling.

【0012】これにより、ガス分析器などの高価な器材
をシステム内部に設置することなく、 システムの水素
利用率を連続的に監視し適切な値に制御して、燃料電池
の損傷を防止しながら、システムの発電効率を向上させ
ることができる。
[0012] Thus, without installing expensive equipment such as a gas analyzer inside the system, the hydrogen utilization of the system is continuously monitored and controlled to an appropriate value to prevent damage to the fuel cell. As a result, the power generation efficiency of the system can be improved.

【0013】なお、原燃料の流量は、通常外部負荷の変
化などに応じて調節されるものであるから、その流量を
検出する検出器は、フィードバック制御のために必要で
あり、通常の燃料電池発電システムに備えられているも
のである。このため、ここでその検出器を利用すること
は、システムの低コスト化、簡素化と矛盾するものでは
ない。また電池からの出力直流電流値についても、例え
ば、通常電池の運転状態監視のために備えられている電
池電圧検出器出力値などを用いて算出した電流値信号に
よって代えることができ、同様にシステムの低コスト
化、簡素化を妨げるものではない。
Since the flow rate of the raw fuel is usually adjusted in response to a change in external load, a detector for detecting the flow rate is necessary for feedback control. It is provided in the power generation system. Therefore, using the detector here does not contradict the cost reduction and simplification of the system. Also, the output DC current value from the battery can be replaced with a current value signal calculated using, for example, a battery voltage detector output value that is normally provided for monitoring the operating state of the battery. It does not prevent cost reduction and simplification of the system.

【0014】請求項2に記載の発明は、前記改質装置へ
供給される水蒸気流量を検出或いは演算する水蒸気流量
検知手段を更に備え、前記演算制御手段は、前記原燃料
ガス流量検出手段、前記改質ガス流量検出手段、前記出
力直流電流検知手段及び前記水蒸気流量検知手段からの
出力信号を用いて前記燃料電池の水素利用率を演算する
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム
である。これにより、改質ガス供給ラインを水蒸気を含
んだ改質ガスが流れる場合にあっても、システムの水素
利用率を連続的に監視して適切な値に制御することがで
きる。
The invention according to claim 2 further comprises a steam flow rate detecting means for detecting or calculating a steam flow rate supplied to the reformer, wherein the arithmetic control means includes the raw fuel gas flow rate detecting means, 2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the hydrogen utilization rate of the fuel cell is calculated using output signals from the reformed gas flow rate detection means, the output DC current detection means, and the steam flow rate detection means. It is. Thus, even when the reformed gas containing steam flows through the reformed gas supply line, the hydrogen utilization of the system can be continuously monitored and controlled to an appropriate value.

【0015】請求項3に記載の発明は、前記改質ガス中
の一酸化炭素を選択的酸化法により除去するために供給
される選択酸化用酸化剤の流量を検出する選択酸化用酸
化剤流量検出手段を更に備え、前記演算制御手段は、前
記原燃料ガス流量検出手段、前記改質ガス流量検出手
段、前記出力直流電流検知手段及び前記選択酸化用酸化
剤流量検知手段からの出力信号を用いて前記燃料電池の
水素利用率を演算することを特徴とする請求項1記載の
燃料電池発電システムである。これにより、改質装置が
改質ガス中の一酸化炭素を選択的酸化によって除去する
機能を備えている場合にあっても、システムの水素利用
率を連続的に監視して適切な値に制御することができ
る。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a selective oxidizing agent flow rate for detecting a flow rate of a selective oxidizing agent supplied for removing carbon monoxide in the reformed gas by a selective oxidation method. The apparatus further comprises a detecting means, wherein the arithmetic control means uses output signals from the raw fuel gas flow rate detecting means, the reformed gas flow rate detecting means, the output DC current detecting means, and the oxidizing agent flow rate detecting means for selective oxidation. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a hydrogen utilization rate of the fuel cell is calculated by the calculation. As a result, even if the reformer has a function to remove carbon monoxide in the reformed gas by selective oxidation, the hydrogen utilization of the system is continuously monitored and controlled to an appropriate value. can do.

【0016】請求項4に記載の発明は、前記改質装置へ
供給される水蒸気流量を検出或いは演算する水蒸気流量
検知手段と、前記改質ガス中の一酸化炭素を選択的酸化
法により除去するために供給される選択酸化用酸化剤の
流量を検出する選択酸化用酸化剤流量検出手段を更に備
え、前記演算制御手段は、前記原燃料ガス流量検出手
段、前記改質ガス流量検出手段、前記出力直流電流検知
手段、前記水蒸気流量検知手段及び前記選択酸化用酸化
剤流量検知手段からの出力信号を用いて前記燃料電池の
水素利用率を演算することを特徴とする請求項1記載の
燃料電池発電システムである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a steam flow rate detecting means for detecting or calculating a steam flow rate supplied to the reformer, and removing carbon monoxide in the reformed gas by a selective oxidation method. The apparatus further comprises a selective oxidizing agent flow rate detecting means for detecting a flow rate of the selective oxidizing agent supplied for the calculation, wherein the arithmetic control means includes the raw fuel gas flow rate detecting means, the reformed gas flow rate detecting means, 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen utilization of the fuel cell is calculated using output signals from an output DC current detecting means, the steam flow rate detecting means, and the oxidizing agent flow rate detecting means for selective oxidation. It is a power generation system.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
乃至図6を参照して説明する。なお、図7に示す従来例
と同一部材及び相当部材には、同一符号を付してその説
明を一部省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIGS. The same members and corresponding members as those in the conventional example shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is partially omitted.

【0018】図1は、本発明の実施の形態の燃料電池発
電システムの構成を示すもので、これは、天然ガスなど
の原燃料と水蒸気との水蒸気改質反応及び一酸化炭素変
性反応を通して水素リッチな改質燃料ガスを生成する改
質装置10と、この改質装置10で生成された改質ガス
と空気などの酸化剤との電気化学反応で直流電力を発生
する燃料電池12を有し、この燃料電池12で発生した
直流電力は、直流電流回路26を経て負荷に接続され、
必要に応じて、DC/AC変換器28を介して交流電力
に変換されて交流電気出力30として出力される。
FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention. The configuration of the fuel cell power generation system is based on a steam reforming reaction between a raw fuel such as natural gas and steam and a carbon monoxide reforming reaction. It has a reformer 10 that generates a rich reformed fuel gas, and a fuel cell 12 that generates DC power by an electrochemical reaction between the reformed gas generated by the reformer 10 and an oxidant such as air. The DC power generated by the fuel cell 12 is connected to a load via a DC current circuit 26,
If necessary, the power is converted to AC power via a DC / AC converter 28 and output as an AC electrical output 30.

【0019】直流電流回路26には、この直流電流回路
26を流れる直流電流を検出する直流電流検出器50が
設けられている。また、原燃料ガス供給ライン14に
は、この原燃料ガス供給ライン14を流れる原燃料の流
量を検出する原燃料ガス流量検出器36が、水蒸気供給
ライン16には、この水蒸気供給ライン16を流れる水
蒸気の流量を検出する水蒸気流量検出器40が、改質ガ
ス供給ライン18には、この改質ガス供給ライン18を
流れる改質ガスの流量を検出する改質ガス流量検出器5
6がそれぞれ設けられている。これらの各流量検出器3
6,40,56は、質量流量検出器であるか、或いは温
度・圧力補正を行うための手段を備えたものである。
The DC current circuit 26 is provided with a DC current detector 50 for detecting a DC current flowing through the DC current circuit 26. The raw fuel gas supply line 14 is provided with a raw fuel gas flow rate detector 36 for detecting the flow rate of the raw fuel flowing through the raw fuel gas supply line 14, and the raw water gas supply line 16 is provided with a raw fuel gas flow rate detector 36 which flows through the water vapor supply line 16. A reformed gas flow detector 40 for detecting the flow rate of the reformed gas flowing through the reformed gas supply line 18 is provided on the reformed gas supply line 18.
6 are provided. Each of these flow detectors 3
6, 40 and 56 are mass flow rate detectors or have means for performing temperature / pressure correction.

【0020】そして、直流電流検出器50からの出力信
号70、原燃料ガス流量検出器36からの出力信号7
2、水蒸気流量検出器40からの出力信号74及び改質
ガス流量検出器56からの出力信号76は、演算制御部
78に入力される。この演算制御部78は、これらの入
力信号を基に燃料電池12における水素利用率を算出
し、これを予め設定または指令されている水素利用率と
比較して、その比較結果に応じて、原燃料ガス流量制御
弁38にこの開度を調節する制御信号80を出力する
か、または、DC/AC変換器28にこの負荷指令を変
化させる制御信号82を出力し、これによって、燃料電
池12の水素利用率を一定に調節(制御)するようにな
っている。
The output signal 70 from the DC current detector 50 and the output signal 7 from the raw fuel gas flow detector 36
2. The output signal 74 from the steam flow rate detector 40 and the output signal 76 from the reformed gas flow rate detector 56 are input to the arithmetic and control unit 78. The arithmetic control unit 78 calculates the hydrogen utilization rate in the fuel cell 12 based on these input signals, compares the calculated hydrogen utilization rate with a preset or commanded hydrogen utilization rate, and, based on the comparison result, A control signal 80 for adjusting the opening degree is output to the fuel gas flow control valve 38 or a control signal 82 for changing the load command is output to the DC / AC converter 28, whereby the fuel cell 12 The hydrogen utilization rate is adjusted (controlled) to a constant value.

【0021】ここで、例えば天然ガスの主成分であるメ
タンCHを原燃料とした時の制御例を以下に説明す
る。なお、原燃料は、メタンCHに限定されることな
く、炭化水素系燃料またはメタノールを使用しても良い
ことは勿論である。
[0021] will now be described, for example, a control example when methane CH 4, the main component of natural gas and the raw fuel below. Incidentally, the raw fuel is not limited to methane CH 4, it is of course possible to use a hydrocarbon-based fuel or methanol.

【0022】先ず、改質ガス供給ライン18内を流れる
改質ガスの乾燥流量を計測した時の制御例を図2を参照
して説明する。なお、この場合、電流検出器50からの
出力信号70から消費水素量が求められ、原燃料ガス流
量検出器36からの出力信号74と改質ガス流量検出器
56からの出力信号76から製造水素量が求められる。
First, a control example when measuring the drying flow rate of the reformed gas flowing in the reformed gas supply line 18 will be described with reference to FIG. In this case, the amount of hydrogen consumed is determined from the output signal 70 from the current detector 50, and the production hydrogen is determined from the output signal 74 from the raw fuel gas flow detector 36 and the output signal 76 from the reformed gas flow detector 56. The quantity is required.

【0023】つまり、メタンCHを原燃料とする場
合、改質装置で改質反応と変成反応が起こる場合の反応
式は次の通りである。 CH+2HO → 4H+CO この化学量論比を考えれば、この反応に関して次の関係
が導かれる。 製造水素量(Nm/h) =改質ガス乾燥流量(Nm/h) −原燃料投入量(Nm/h) (1)
That is, methane CH4For fuel
Reaction when reforming reaction and shift reaction occur in the reformer
The formula is as follows: CH4+ 2H2O → 4H2+ CO2  Given this stoichiometry, the following relationship for this reaction:
Is led. Production hydrogen (Nm3/ h) = reformed gas drying flow rate (Nm3/ h)-Raw fuel input (Nm3/ h) (1)

【0024】また、電流値から、例えば次のようにして
燃料電池12での消費水素量を求めることができる。 消費水素量(Nm/h) =(I×N×0.0224×3600)/(2×96500) (2) ここで、Iは、電流値(A)、Nは、電池セル枚数であ
る。また標準状態のガス体積を0.0224m/mo
l、ファラデー定数を96500C/molなどとして
いる。そして、燃料電池での水素利用率は、 水素利用率=消費水素量(Nm/h) /製造水素量(Nm/h) (3) で求めることができる。
The amount of hydrogen consumed in the fuel cell 12 can be determined from the current value, for example, as follows. Hydrogen consumption (Nm 3 /h)=(I×N×0.0224×3600)/(2×96500) (2) Here, I is the current value (A), and N is the number of battery cells. In addition, the gas volume under the standard condition is 0.0224 m 3 / mo.
1, the Faraday constant is 96500 C / mol or the like. The hydrogen utilization rate in the fuel cell can be obtained by the following equation: hydrogen utilization rate = consumed hydrogen amount (Nm 3 / h) / produced hydrogen amount (Nm 3 / h) (3).

【0025】つまり、図2に示すように、直流電流回路
26を流れる直流電流(I)を直流電流検出器50で検
出して、上記式(2)により燃料電池12における消費
水素量(Qcons)を算出し、同時に原燃料ガス供給
ライン14を流れる原燃料ガスの流量(原料投入量)
(Q)と改質ガス供給ライン18を流れる乾燥した改
質ガスの流量(改質ガス乾燥流量)(Q)から、上記
式(1)により燃料電池12への供給水素量(製造水素
量)(Qsup)を算出し、これら2つの算出結果か
ら、上記式(3)により燃料電池12における水素利用
率(U)を算出する。そして、これを予め設定または指
令されている水素利用率(Uset)と比較し、その比
較結果に応じて、原燃料ガス供給ライン14を流れる原
燃料ガスの流量を原燃料ガス流量制御弁38により変化
させるか、またはDC/AC変換器を流れる電流を減少
させて、水素利用率を調節する。
That is, as shown in FIG. 2, the DC current (I) flowing through the DC current circuit 26 is detected by the DC current detector 50, and the hydrogen consumption (Q cons ) in the fuel cell 12 is calculated by the above equation (2). ), And at the same time, the flow rate (raw material input amount) of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply line 14
From (Q R ) and the flow rate of the dried reformed gas flowing through the reformed gas supply line 18 (reformed gas dry flow rate) (Q F ), the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 12 (produced hydrogen) Amount) (Q sup ) is calculated, and from these two calculation results, the hydrogen utilization rate (U) in the fuel cell 12 is calculated by the above equation (3). This is compared with a preset or commanded hydrogen utilization rate (U set ), and according to the comparison result, the flow rate of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply line 14 is controlled by the raw fuel gas flow control valve 38. Or reduce the current through the DC / AC converter to adjust the hydrogen utilization.

【0026】ここで、一般に水蒸気改質を行う時には過
剰の水蒸気を投入するため、燃料電池に供給される燃料
は通常水蒸気を含んでいる。そこで、改質ガスの除湿を
行わず、つまり改質ガス供給ラインを水蒸気を含んだ改
質ガスが流れる時の制御例を図3を参照して説明する。
Here, in general, when steam reforming is performed, excess steam is introduced, so that the fuel supplied to the fuel cell usually contains steam. Therefore, an example of control when the reformed gas is not dehumidified, that is, when the reformed gas containing steam flows through the reformed gas supply line will be described with reference to FIG.

【0027】この場合、電流検出器50からの出力信号
70、原燃料ガス流量検出器36からの出力信号72及
び改質ガス流量検出器56からの出力信号76の他に、
水蒸気流量検出器40からの出力信号74を使用する。
ここで、化学量論比から、製造水素量:反応水蒸気量=
2:1であるから、 改質ガス流量(水蒸気を含む)=改質ガス乾燥流量+供
給水蒸気量−反応水蒸気量=改質ガス乾燥流量+供給水
蒸気量−製造水素量/2 となる。製造水素量は前記関係式から、 製造水素量 =2×(改質ガス流量(水蒸気を含む)-原燃料投入量-供給水蒸気量) (4) として求めることができる。
In this case, in addition to the output signal 70 from the current detector 50, the output signal 72 from the raw fuel gas flow detector 36, and the output signal 76 from the reformed gas flow detector 56,
The output signal 74 from the steam flow rate detector 40 is used.
Here, from the stoichiometric ratio, the amount of hydrogen produced: the amount of water vapor reacted =
Since the ratio is 2: 1, the flow rate of the reformed gas (including steam) = the dried flow rate of the reformed gas + the amount of the supplied steam−the amount of the reaction steam = the dried flow rate of the reformed gas + the amount of the supplied steam−the amount of the produced hydrogen / 2. The amount of produced hydrogen can be obtained from the above relational formula as: amount of produced hydrogen = 2 × (reformed gas flow rate (including steam) −input amount of raw fuel−amount of supplied steam) (4).

【0028】つまり、図3に示すように、直流電流回路
26を流れる直流電流(I)を直流電流検出器50で検
出して、上記式(2)により燃料電池12における消費
水素量(Qcons)を算出し、同時に原燃料ガス供給
ライン14を流れる原燃料ガスの流量(原料投入量)
(Q)、改質ガス供給ライン18を流れる水蒸気を含
む改質ガスの流量(改質ガス流量)(Q)及び水蒸気
供給ライン16を流れる水蒸気の流量(供給蒸気量)Q
から、上記式(4)により燃料電池12への供給水素
量(製造水素量)(Qsup)を算出し、これら2つの
算出結果から、上記式(3)により燃料電池12におけ
る水素利用率(U)を算出する。そして、これを予め設
定または指令されている水素利用率(Uset)と比較
し、その比較結果に応じて、原燃料ガス供給ライン14
を流れる原燃料ガスの流量を原燃料ガス流量制御弁38
により変化させるか、またはDC/AC変換器を流れる
電流を減少させて、水素利用率を調節する。
That is, as shown in FIG. 3, the DC current (I) flowing through the DC current circuit 26 is detected by the DC current detector 50, and the hydrogen consumption (Q cons ) in the fuel cell 12 is calculated by the above equation (2). ), And at the same time, the flow rate (raw material input amount) of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply line 14
(Q F ), the flow rate of the reformed gas containing the steam flowing through the reformed gas supply line 18 (the reformed gas flow rate) (Q R ), and the flow rate of the steam flowing through the steam supply line 16 (the amount of the supplied steam) Q
The amount of hydrogen supplied to the fuel cell 12 (the amount of hydrogen produced) (Q sup ) is calculated from W using the above equation (4), and the hydrogen utilization rate in the fuel cell 12 is calculated from the two calculation results using the above equation (3). (U) is calculated. This is compared with a preset or commanded hydrogen utilization rate (U set ), and according to the comparison result, the raw fuel gas supply line 14
The flow rate of the raw fuel gas flowing through the
Or reduce the current through the DC / AC converter to adjust the hydrogen utilization.

【0029】ここで、実際の運転において、各検出器に
より供給原燃料(CH)1.0Nm /h、水蒸気供給
3.0Nm/h、改質ガス流量5.6Nm/hと検出さ
れ、またセル枚数150枚の燃料電池からの出力電流が
40Aと検出されたとき、製造水素量3.2Nm/h、
消費水素量2.51Nm/hと算出され、水素利用率は
78%と演算される。この例での各成分の変化は下記の
表1となっている。
Here, in actual operation, each detector
More supply raw fuel (CH4) 1.0Nm 3/ h, steam supply
3.0Nm3/ h, reformed gas flow rate 5.6Nm3/ h and detected
Output current from a fuel cell with 150 cells
When it is detected as 40A, the production hydrogen amount is 3.2Nm3/ h,
Hydrogen consumption 2.51Nm3/ h and the hydrogen utilization rate is
It is calculated as 78%. The change of each component in this example is as follows.
Table 1 is shown.

【表1】 なお、原燃料が天然ガスなどの数種の成分からなる場合
には、予めその組成を設定しておくなどして、やはり化
学量論比から改質流量と原燃料流量と水蒸気流量から製
造水素量の演算を行うことができる。
[Table 1] When the raw fuel is composed of several components such as natural gas, the composition is set in advance, and the reforming flow rate, the raw fuel flow rate, and the steam production flow rate are also determined based on the stoichiometric ratio. Operations on quantities can be performed.

【0030】また、この例では、水蒸気供給ライン16
に水蒸気流量検出器40を設置して、この内部を流れる
水蒸気の流量を検出するようにしているが、改質装置に
供給される水蒸気量を、例えば水蒸気発生装置への水の
供給量等から演算して求め、これを出力するようにして
も良い。
In this example, the steam supply line 16
The steam flow rate detector 40 is installed in the apparatus to detect the flow rate of steam flowing through the inside of the steam flow rate detector. However, the amount of steam supplied to the reformer is determined based on, for example, the amount of water supplied to the steam generator. It may be calculated and output.

【0031】図4は、本発明の他の実施の形態の燃料電
池発電システムを示すもので、これは、改質装置10が
選択的酸化法による一酸化炭素除去手段を備えている場
合を示す。つまり、この例は、改質装置10に選択酸化
用酸化剤を導入する選択酸化用酸化剤ライン91を接続
し、この選択酸化用酸化剤ライン91に、該選択酸化用
酸化剤ライン91を流れる選択酸化用酸化剤の流量を検
出する選択酸化用酸化剤流量検出器92と選択酸化用酸
化剤流量調節弁93を設置し、選択酸化用酸化剤流量検
出器92の出力信号94を演算制御部78に入力するよ
うにしたものである。その他の構成は、図1に示すもの
と同様である。
FIG. 4 shows a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention, in which the reformer 10 has a means for removing carbon monoxide by a selective oxidation method. . That is, in this example, the selective oxidizing agent line 91 for introducing the selective oxidizing agent to the reforming apparatus 10 is connected, and the selective oxidizing agent line 91 flows through the selective oxidizing agent line 91. A selective oxidation oxidant flow rate detector 92 for detecting the flow rate of the selective oxidation oxidant and a selective oxidation oxidant flow rate control valve 93 are installed, and an output signal 94 of the selective oxidation oxidant flow rate detector 92 is calculated and controlled. 78. Other configurations are the same as those shown in FIG.

【0032】次に、前述と同様にメタンCHを原燃料
となし、選択酸化用酸化剤として空気を用いた時の制御
例を以下に説明する。先ず、改質ガス供給ライン18内
を流れる改質ガスの乾燥流量を計測した時の制御例を図
5を参照して説明する。なお、この場合、電流検出器5
0からの出力信号70から消費水素量が求められ、原燃
料ガス流量検出器36からの出力信号74、改質ガス流
量検出器56からの出力信号76及び選択酸化用酸化剤
流量検出器92の出力信号94から製造水素量が求めら
れる。
Next, an example of control when methane CH 4 is used as the raw fuel and air is used as the oxidizing agent for selective oxidation will be described below. First, a control example when measuring the drying flow rate of the reformed gas flowing in the reformed gas supply line 18 will be described with reference to FIG. In this case, the current detector 5
The amount of hydrogen consumed is obtained from the output signal 70 from 0, the output signal 74 from the raw fuel gas flow detector 36, the output signal 76 from the reformed gas flow detector 56, and the oxidizing agent flow detector 92 for selective oxidation. The production hydrogen amount is obtained from the output signal 94.

【0033】つまり、メタンCHを原燃料として空気
を選択酸化用酸化剤に用いると、供給される空気中の酸
素は、一酸化炭素除去反応 CH+2HO → 4H+CO と改質反応を通じて製造された水素の酸化反応 H+1/2O → HO の2通りの反応を通じて完全に消費されると考えられ
る。また、酸素以外の成分については、このプロセスを
通じて不活性の種であると考えれば(CHを原料とし
ている場合には)、化学量論比から、次の関係が導かれ
る。 製造水素量(Nm/h) =改質ガス乾燥流量(Nm/h) −原燃料投入量(Nm/h) −選択的酸化用空気投入量(Nm/h)×(1−空気中酸素濃度) (5)
That is, methane CH4The raw fuel as air
Is used as the oxidizing agent for selective oxidation, the acid in the supplied air
Element is a carbon monoxide removal reaction CH4+ 2H2O → 4H2+ CO2  Oxidation reaction of hydrogen produced through the reforming reaction with H2+1/2 O2 → H2Is thought to be completely consumed through the two reactions of O 2
You. Also, for components other than oxygen, this process
If it is considered an inert species through (CH4With raw materials
), The stoichiometric ratio leads to the following relationship:
You. Production hydrogen (Nm3/ h) = reformed gas drying flow rate (Nm3/ h)-Raw fuel input (Nm3/ h)-Selective oxidation air input (Nm3/ h) × (1-oxygen concentration in air) (5)

【0034】つまり、図5に示すように、直流電流回路
26を流れる直流電流(I)を直流電流検出器50で検
出して、上記式(2)により燃料電池12における消費
水素量(Qcons)を算出し、同時に原燃料ガス供給
ライン14を流れる原燃料ガスの流量(原料投入量)
(Q)、改質ガス供給ライン18を流れる乾燥した改
質ガスの流量(改質ガス乾燥流量)(Q)、及び選択
酸化用酸化剤ライン91を流れる空気の流量(QSelO
x)から、上記式(5)により燃料電池12への供給水
素量(製造水素量)(Qsup)を算出し、これら2つ
の算出結果から、上記式(3)により燃料電池12にお
ける水素利用率(U)を算出する。そして、これを予め
設定または指令されている水素利用率(Uset)と比
較し、その比較結果に応じて、原燃料ガス供給ライン1
4を流れる原燃料ガスの流量を原燃料ガス流量制御弁3
8により変化させるか、またはDC/AC変換器を流れ
る電流を減少させて、水素利用率を調節する。
That is, as shown in FIG. 5, the DC current (I) flowing through the DC current circuit 26 is detected by the DC current detector 50, and the hydrogen consumption (Q cons ) in the fuel cell 12 is calculated by the above equation (2). ), And at the same time, the flow rate (raw material input amount) of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply line 14
(Q R ), the flow rate of the dried reformed gas flowing through the reformed gas supply line 18 (reformed gas drying flow rate) (Q F ), and the flow rate of the air flowing through the oxidizing agent line 91 for selective oxidation (QSelO).
x), the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 12 (the amount of hydrogen produced) (Q sup ) is calculated from the above equation (5), and from these two calculation results, the hydrogen utilization in the fuel cell 12 is calculated from the above equation (3). Calculate the rate (U). This is compared with a preset or commanded hydrogen utilization rate (U set ), and according to the comparison result, the raw fuel gas supply line 1
The flow rate of the raw fuel gas flowing through the fuel gas flow control valve 3
8, or reduce the current through the DC / AC converter to adjust the hydrogen utilization.

【0035】次に、改質ガス供給ラインを水蒸気を含ん
だ改質ガスが流れる時の制御例を図6を参照して説明す
る。
Next, an example of control when the reformed gas containing steam flows through the reformed gas supply line will be described with reference to FIG.

【0036】この場合、電流検出器50からの出力信号
70、原燃料ガス流量検出器36からの出力信号72、
改質ガス流量検出器56からの出力信号76、選択酸化
用酸化剤流量検出器92の出力信号94の他に、水蒸気
流量検出器40からの出力信号74を使用する。この場
合、製造された水素と選択酸化のために供給された酸素
との反応から生じる水分を考えて(CHを原料として
いる場合には)、化学量論比から次の関係を導くことが
できる。 製造水素量 =2×(改質ガス流量(水蒸気を含む)− 原燃料投入量 − 供給水蒸気量 − 選択的酸化用空気投入量) (6)
In this case, an output signal 70 from the current detector 50, an output signal 72 from the raw fuel gas flow detector 36,
In addition to the output signal 76 from the reformed gas flow detector 56 and the output signal 94 from the oxidizing agent for selective oxidation flow detector 92, an output signal 74 from the steam flow detector 40 is used. In this case, considering the water generated from the reaction between the produced hydrogen and oxygen supplied for selective oxidation (when CH 4 is used as a raw material), the following relationship can be derived from the stoichiometric ratio. it can. Production hydrogen amount = 2 x (reformed gas flow rate (including steam)-raw fuel input amount-supply steam amount-selective oxidation air input amount) (6)

【0037】つまり、図6に示すように、直流電流回路
26を流れる直流電流(I)を直流電流検出器50で検
出して、上記式(2)により燃料電池12における消費
水素量(Qcons)を算出し、同時に原燃料ガス供給
ライン14を流れる原燃料ガスの流量(原料投入量)
(Q)、改質ガス供給ライン18を流れる水蒸気を含
む改質ガスの流量(改質ガス流量)(Q)、水蒸気供
給ライン16を流れる水蒸気の流量(供給蒸気量)Q
及び選択酸化用酸化剤ライン91を流れる空気の流量
(QSelOx)から、上記式(6)により燃料電池12へ
の供給水素量(製造水素量)(Qsup)を算出し、こ
れら2つの算出結果から、上記式(3)により燃料電池
12における水素利用率(U)を算出する。そして、こ
れを予め設定または指令されている水素利用率(U
set)と比較し、その比較結果に応じて、原燃料ガス
供給ライン14を流れる原燃料ガスの流量を原燃料ガス
流量制御弁38により変化させるか、またはDC/AC
変換器を流れる電流を減少させて、水素利用率を調節す
る。
That is, as shown in FIG. 6, the DC current (I) flowing through the DC current circuit 26 is detected by the DC current detector 50, and the hydrogen consumption (Q cons ) in the fuel cell 12 is calculated by the above equation (2). ), And at the same time, the flow rate (raw material input amount) of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply line 14
(Q F), flow rate (flow rate of the reformed gas) (Q R) of the reformed gas containing water vapor through the reformed gas supply line 18, the flow rate (supply amount of steam) of steam flowing through the steam supply line 16 Q W
From the flow rate (QSelOx) of the air flowing through the oxidizing agent line 91 for selective oxidation, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 12 (production hydrogen amount) ( Qsup ) is calculated by the above equation (6). Then, the hydrogen utilization rate (U) in the fuel cell 12 is calculated by the above equation (3). Then, the hydrogen utilization rate (U
set ), and according to the comparison result, the flow rate of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply line 14 is changed by the raw fuel gas flow control valve 38, or DC / AC
The current through the converter is reduced to regulate the hydrogen utilization.

【0038】ここで、実際の運転において、各検出器に
より供給原燃料(CH)1.0Nm /h、水蒸気供給
3.0Nm/h、空気供給量0.1Nm/h、改質ガス
流量5.68Nm/hと検出された時の各成分の変化
は、下記の表2のようになる。
Here, in actual operation, each detector
More supply raw fuel (CH4) 1.0Nm 3/ h, steam supply
3.0Nm3/ h, air supply 0.1Nm3/ h, reformed gas
5.68Nm flow rate3Change of each component when / h is detected
Is as shown in Table 2 below.

【表2】 [Table 2]

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガス分析器などの高価な器材をシステム内部に設置する
必要をなくし、従って、燃料電池システムの低コスト
化、省スペース化を図りつつ、燃料電池の水素利用率を
連続的に監視・制御することにより、電池損傷を防止し
ながらシステムの発電効率の向上を図ることができる。
As described above, according to the present invention,
Eliminate the need to install expensive equipment such as gas analyzers inside the system, and therefore continuously monitor and control the hydrogen utilization of the fuel cell while reducing the cost and space of the fuel cell system. Thereby, the power generation efficiency of the system can be improved while preventing battery damage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の燃料電池発電システムの
全体系統図である。
FIG. 1 is an overall system diagram of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す燃料電池発電システムにおける第1
の制御ブロック図である。
FIG. 2 shows a first example of the fuel cell power generation system shown in FIG.
It is a control block diagram of.

【図3】図1に示す燃料電池発電システムにおける第2
の制御ブロック図である。
FIG. 3 shows a second example of the fuel cell power generation system shown in FIG.
It is a control block diagram of.

【図4】本発明の他の実施の形態の燃料電池発電システ
ムの全体系統図である。
FIG. 4 is an overall system diagram of a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention.

【図5】図4に示す燃料電池発電システムにおける第1
の制御ブロック図である。
FIG. 5 shows a first example of the fuel cell power generation system shown in FIG.
It is a control block diagram of.

【図6】図4に示す燃料電池発電システムにおける第2
の制御ブロック図である。
FIG. 6 shows a second example of the fuel cell power generation system shown in FIG.
It is a control block diagram of.

【図7】従来の燃料電池発電システムの系統図である。FIG. 7 is a system diagram of a conventional fuel cell power generation system.

【図8】図7に示す燃料電池発電システムにおける制御
ブロック図である。
8 is a control block diagram of the fuel cell power generation system shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 改質装置 12 燃料電池 14 原燃料ガス供給ライン 16 水蒸気供給ライン 18 改質ガス供給ライン 20 燃料極(水素極) 22 酸化剤供給ライン 24 空気極(酸化剤極) 26 直流電流回路 28 変換器 36 原燃料ガス流量検出器 38 原燃料ガス流量制御弁 40 水蒸気流量検出器 42 水蒸気流量制御弁 44 酸化剤流量検出器 46 酸化剤流量制御弁 50 電流検出器 56 改質ガス流量検出器 70,71,74,76,94 出力信号 78 演算制御部 80,82 制御信号 91 選択酸化用酸化剤供給ライン 92 選択酸化用酸化剤流量検出器 93 選択酸化用酸化剤流量制御弁 Reference Signs List 10 reformer 12 fuel cell 14 raw fuel gas supply line 16 steam supply line 18 reformed gas supply line 20 fuel electrode (hydrogen electrode) 22 oxidant supply line 24 air electrode (oxidant electrode) 26 direct current circuit 28 converter 36 Raw fuel gas flow rate detector 38 Raw fuel gas flow rate control valve 40 Steam flow rate detector 42 Steam flow rate control valve 44 Oxidant flow rate detector 46 Oxidant flow rate control valve 50 Current detector 56 Reformed gas flow rate detector 70, 71 , 74, 76, 94 Output signal 78 Operation control unit 80, 82 Control signal 91 Oxidant supply line for selective oxidation 92 Oxidant flow rate detector for selective oxidation 93 Oxidant flow rate control valve for selective oxidation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系燃料またはメタノールを原燃
料とし水素リッチな改質ガスを生成する改質装置と、 前記改質装置によって得られた改質ガスと酸化剤とを電
気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、 前記原燃料の流量を検出する原燃料ガス流量検出手段
と、 前記燃料電池に供給される前記改質ガスの流量を検出す
る改質ガス流量検出手段と、 前記燃料電池からの出力直流電流値を検出或いは演算す
る出力直流電流値検知手段とを備えた燃料電池発電シス
テムにおいて、 前記原燃料ガス流量検出手段、前記改質ガス流量検出手
段及び前記出力直流電流検知手段からの出力信号を用い
て前記燃料電池の水素利用率を演算し、該演算値と予め
設定した水素利用率と比較して水素利用率を制御する演
算制御手段を有することを特徴とする燃料電池発電シス
テム。
1. A reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas using a hydrocarbon-based fuel or methanol as a raw fuel, and electrochemically reacts the reformed gas obtained by the reformer with an oxidant. A fuel cell that generates power by causing the fuel cell to generate power; a raw fuel gas flow rate detecting unit that detects a flow rate of the raw fuel; a reformed gas flow rate detecting unit that detects a flow rate of the reformed gas that is supplied to the fuel cell; A fuel cell power generation system comprising: an output DC current value detection unit that detects or calculates an output DC current value from a fuel cell; wherein the raw fuel gas flow detection unit, the reformed gas flow detection unit, and the output DC current detection Calculating a hydrogen utilization rate of the fuel cell using an output signal from the means, and comparing the computed value with a preset hydrogen utilization rate to control the hydrogen utilization rate. Fuel cell power generation system.
【請求項2】 前記改質装置へ供給される水蒸気流量を
検出或いは演算する水蒸気流量検知手段を更に備え、 前記演算制御手段は、前記原燃料ガス流量検出手段、前
記改質ガス流量検出手段、前記出力直流電流検知手段及
び前記水蒸気流量検知手段からの出力信号を用いて前記
燃料電池の水素利用率を演算することを特徴とする請求
項1記載の燃料電池発電システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a steam flow rate detecting unit configured to detect or calculate a steam flow rate supplied to the reformer, wherein the arithmetic control unit includes the raw fuel gas flow rate detecting unit, the reformed gas flow rate detecting unit, 2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a hydrogen utilization rate of the fuel cell is calculated using output signals from the output DC current detecting means and the steam flow rate detecting means.
【請求項3】 前記改質ガス中の一酸化炭素を選択的酸
化法により除去するために供給される選択酸化用酸化剤
の流量を検出する選択酸化用酸化剤流量検出手段を更に
備え、 前記演算制御手段は、前記原燃料ガス流量検出手段、前
記改質ガス流量検出手段、前記出力直流電流検知手段及
び前記選択酸化用酸化剤流量検知手段からの出力信号を
用いて前記燃料電池の水素利用率を演算することを特徴
とする請求項1記載の燃料電池発電システム。
3. The method according to claim 1, further comprising a selective oxidation oxidant flow rate detection unit configured to detect a flow rate of a selective oxidation oxidant supplied to remove carbon monoxide in the reformed gas by a selective oxidation method. Arithmetic control means uses the output signals from the raw fuel gas flow rate detection means, the reformed gas flow rate detection means, the output DC current detection means and the selective oxidizing oxidant flow rate detection means to utilize hydrogen in the fuel cell. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the rate is calculated.
【請求項4】 前記改質装置へ供給される水蒸気流量を
検出或いは演算する水蒸気流量検知手段と、 前記改質ガス中の一酸化炭素を選択的酸化法により除去
するために供給される選択酸化用酸化剤の流量を検出す
る選択酸化用酸化剤流量検出手段を更に備え、 前記演算制御手段は、前記原燃料ガス流量検出手段、前
記改質ガス流量検出手段、前記出力直流電流検知手段、
前記水蒸気流量検知手段及び前記選択酸化用酸化剤流量
検知手段からの出力信号を用いて前記燃料電池の水素利
用率を演算することを特徴とする請求項1記載の燃料電
池発電システム。
4. A steam flow rate detecting means for detecting or calculating a steam flow rate supplied to the reformer, and a selective oxidation supplied to remove carbon monoxide in the reformed gas by a selective oxidation method. Further comprising a selective oxidizing agent flow rate detecting means for detecting a flow rate of the oxidizing agent for use, wherein the arithmetic control means includes the raw fuel gas flow rate detecting means, the reformed gas flow rate detecting means, the output DC current detecting means,
2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a hydrogen utilization rate of the fuel cell is calculated using output signals from the steam flow rate detecting means and the oxidizing agent for selective oxidation flow rate detecting means.
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