JP2003017096A - 原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法 - Google Patents
原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 運転を停止することなく燃料Ａから、組成の
異なる燃料Ｂへ燃料を切替える燃料電池発電装置におい
て、切替に関る機器点数を削減し、非燃料切替機との機
差を最小限にし、かつ既設の非燃料切替機を最小限の改
造で燃料切替機に変更することを可能とすることでコス
トの低減と生産性の向上とを図り、さらに、常時は使用
していない燃料Ｂでの運転時における信頼性の向上を図
る。 【解決手段】 燃料電池本体１１と、改質器９と、常時
は燃料Ａを改質器に供給し、燃料Ａ供給停止時には、燃
料Ｂを供給する燃料電池発電装置において、燃料Ａ遮断
弁１と、燃料Ｂ遮断弁４と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の
流量調節弁１３と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計１
４と、燃料切替直後から切替原燃料の組成に適したガス
流量が流れるように制御するための原燃料切替制御装置
１５とを備えるものとする。
異なる燃料Ｂへ燃料を切替える燃料電池発電装置におい
て、切替に関る機器点数を削減し、非燃料切替機との機
差を最小限にし、かつ既設の非燃料切替機を最小限の改
造で燃料切替機に変更することを可能とすることでコス
トの低減と生産性の向上とを図り、さらに、常時は使用
していない燃料Ｂでの運転時における信頼性の向上を図
る。 【解決手段】 燃料電池本体１１と、改質器９と、常時
は燃料Ａを改質器に供給し、燃料Ａ供給停止時には、燃
料Ｂを供給する燃料電池発電装置において、燃料Ａ遮断
弁１と、燃料Ｂ遮断弁４と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の
流量調節弁１３と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計１
４と、燃料切替直後から切替原燃料の組成に適したガス
流量が流れるように制御するための原燃料切替制御装置
１５とを備えるものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、常時は一つの原
燃料ガス（以下燃料Ａという。）により燃料電池発電装
置の運転を行い、事情により前記燃料Ａの供給が停止し
た際に、もしくは積極的に交互に、他の代替原燃料ガス
（以下燃料Ｂという。）により運転を行なう、即ち、複
数の異なる組成の原燃料を運転中に切替えて使用するた
めの原燃料切替設備を有する燃料燃料電池発電装置とそ
の運転方法に関する。
燃料ガス（以下燃料Ａという。）により燃料電池発電装
置の運転を行い、事情により前記燃料Ａの供給が停止し
た際に、もしくは積極的に交互に、他の代替原燃料ガス
（以下燃料Ｂという。）により運転を行なう、即ち、複
数の異なる組成の原燃料を運転中に切替えて使用するた
めの原燃料切替設備を有する燃料燃料電池発電装置とそ
の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、天然ガス（都市ガス）、Ｌ
ＰＧ、メタノール等の炭化水素改質原燃料を、水蒸気改
質して得られた改質ガス中の水素と、空気中の酸素と
を、燃料電池の燃料極および空気極にそれぞれ供給し、
電気化学反応に基づいて発電を行うもので、原燃料を改
質する改質装置としては、原燃料に水を加えて加熱し、
水蒸気と原燃料を触媒を用いて水素リッチなガスに改質
する水蒸気改質反応を利用したものがよく知られてい
る。
ＰＧ、メタノール等の炭化水素改質原燃料を、水蒸気改
質して得られた改質ガス中の水素と、空気中の酸素と
を、燃料電池の燃料極および空気極にそれぞれ供給し、
電気化学反応に基づいて発電を行うもので、原燃料を改
質する改質装置としては、原燃料に水を加えて加熱し、
水蒸気と原燃料を触媒を用いて水素リッチなガスに改質
する水蒸気改質反応を利用したものがよく知られてい
る。
【０００３】近年、原燃料切替設備を有する燃料燃料電
池発電装置、例えば、都市ガスが遮断された場合でも備
蓄してあるＬＰＧ等で燃料電池の運転を継続するシステ
ム（特開平９−１０６８２５号公報参照）や、産業廃棄
物、家庭用生ごみ、し尿処理等で発生した消化ガスを有
効利用するために、この消化ガスと都市ガスとを交互に
利用して燃料電池の連続運転を行う燃料切替えシステム
の開発が進められている。
池発電装置、例えば、都市ガスが遮断された場合でも備
蓄してあるＬＰＧ等で燃料電池の運転を継続するシステ
ム（特開平９−１０６８２５号公報参照）や、産業廃棄
物、家庭用生ごみ、し尿処理等で発生した消化ガスを有
効利用するために、この消化ガスと都市ガスとを交互に
利用して燃料電池の連続運転を行う燃料切替えシステム
の開発が進められている。
【０００４】本件出願人は、運転を停止することなく燃
料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替える際に燃
料電池における水素不足や水素過剰、およびＳ／Ｃ異常
が生ずることのない安定した運転が可能な、原燃料切替
設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法に関し
て、特開２００１−２８２７０により提案している。
料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替える際に燃
料電池における水素不足や水素過剰、およびＳ／Ｃ異常
が生ずることのない安定した運転が可能な、原燃料切替
設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法に関し
て、特開２００１−２８２７０により提案している。
【０００５】図２は、前記特開２００１−２８２７０に
記載された２系統の燃料を利用する原燃料切替設備を有
する燃料燃料電池発電装置の概略構成の一例を示す。図
２において、１は燃料Ａの遮断弁、２は燃料Ａの流量調
節弁、３は燃料Ａの流量計、４は燃料Ｂの遮断弁、５は
燃料Ｂの流量調節弁、６は燃料Ｂの流量計、７はスチー
ムエゼクタ、８は脱硫器、９は改質器、１０はCO変成
器、１１は燃料電池本体、１２は原燃料切替制御装置で
ある。
記載された２系統の燃料を利用する原燃料切替設備を有
する燃料燃料電池発電装置の概略構成の一例を示す。図
２において、１は燃料Ａの遮断弁、２は燃料Ａの流量調
節弁、３は燃料Ａの流量計、４は燃料Ｂの遮断弁、５は
燃料Ｂの流量調節弁、６は燃料Ｂの流量計、７はスチー
ムエゼクタ、８は脱硫器、９は改質器、１０はCO変成
器、１１は燃料電池本体、１２は原燃料切替制御装置で
ある。
【０００６】上記原燃料切替制御装置１２は、図示しな
い下記の手段を備える。即ち、原燃料ガスの切替指令に
基づき前記燃料Ａ遮断弁および燃料Ｂ遮断弁がそれぞれ
所定の開閉操作をするための遮断弁駆動手段と、前記原
燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの
切替開始時の流量を、切替前の燃料Ａの流量と同一流量
となるようにし、その後は、燃料Ｂの供給流量を、前記
改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一
となるように、あらかじめシミュレーションにより求め
た所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給し、前記改質器
出口部において燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了す
る所定時間後に、燃料Ｂの供給流量を、燃料Ｂの組成に
適した所定の最適流量に調節するための燃料Ｂ流量調節
弁の開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂから燃料
Ａに再度切替える場合に備えて、燃料Ａの流量を燃料Ｂ
の前記最適流量と同一流量で供給開始可能となるように
し、その後は、燃料Ａの供給流量を、前記改質器出口の
改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるよう
に、あらかじめシミュレーションにより求めた所定の流
量に変化させて燃料Ａを供給し、前記改質器出口部にお
いて燃料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所定時間
後に、燃料Ａの供給流量を、燃料Ａの組成に適した所定
の最適流量に調節スタンバイを行うための燃料Ａの流量
調節弁の開度制御手段とを備える。
い下記の手段を備える。即ち、原燃料ガスの切替指令に
基づき前記燃料Ａ遮断弁および燃料Ｂ遮断弁がそれぞれ
所定の開閉操作をするための遮断弁駆動手段と、前記原
燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの
切替開始時の流量を、切替前の燃料Ａの流量と同一流量
となるようにし、その後は、燃料Ｂの供給流量を、前記
改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一
となるように、あらかじめシミュレーションにより求め
た所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給し、前記改質器
出口部において燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了す
る所定時間後に、燃料Ｂの供給流量を、燃料Ｂの組成に
適した所定の最適流量に調節するための燃料Ｂ流量調節
弁の開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂから燃料
Ａに再度切替える場合に備えて、燃料Ａの流量を燃料Ｂ
の前記最適流量と同一流量で供給開始可能となるように
し、その後は、燃料Ａの供給流量を、前記改質器出口の
改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるよう
に、あらかじめシミュレーションにより求めた所定の流
量に変化させて燃料Ａを供給し、前記改質器出口部にお
いて燃料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所定時間
後に、燃料Ａの供給流量を、燃料Ａの組成に適した所定
の最適流量に調節スタンバイを行うための燃料Ａの流量
調節弁の開度制御手段とを備える。
【０００７】上記装置によれば、切替初期において、切
替前の流量がそのまま継続され、その後はシミュレーシ
ョンの結果を反映した原料ガスの供給が確保されるの
で、原燃料不足に伴う燃料電池における水素不足や水素
過剰、Ｓ／Ｃ異常などが生ずることはなく、安定した燃
料電池発電装置の運転が継続できる（詳細は、前記特開
２００１−２８２７０参照）。
替前の流量がそのまま継続され、その後はシミュレーシ
ョンの結果を反映した原料ガスの供給が確保されるの
で、原燃料不足に伴う燃料電池における水素不足や水素
過剰、Ｓ／Ｃ異常などが生ずることはなく、安定した燃
料電池発電装置の運転が継続できる（詳細は、前記特開
２００１−２８２７０参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、燃料Ａ
から燃料Ｂヘの燃料切替をスムーズに行うためには、燃
料Ｂ用の流量調節弁および流量計が装備されていること
が望ましい。しかしながら、前記特開２００１−２８２
７０に記載した原燃料切替設備を有する燃料電池発電装
置とその運転方法においても、下記のような問題があっ
た。
から燃料Ｂヘの燃料切替をスムーズに行うためには、燃
料Ｂ用の流量調節弁および流量計が装備されていること
が望ましい。しかしながら、前記特開２００１−２８２
７０に記載した原燃料切替設備を有する燃料電池発電装
置とその運転方法においても、下記のような問題があっ
た。
【０００９】まず、燃料電池発電装置のパッケージは、
設置面積の制約から、コンパクト化を図ることが要請さ
れているため、燃料Ａおよび燃料Ｂの２系統の流量調節
弁および流量計を装備すると、パッケージ内の機器、配
管レイアウト等が、燃料切替を行わない通常の燃料電池
発電装置とは大きく異なることとなる。そのため、工場
における燃料電池発電装置の生産において、非燃料切替
機と燃料切替機の２種類が存在することとなり、生産管
理上好ましくない問題がある。
設置面積の制約から、コンパクト化を図ることが要請さ
れているため、燃料Ａおよび燃料Ｂの２系統の流量調節
弁および流量計を装備すると、パッケージ内の機器、配
管レイアウト等が、燃料切替を行わない通常の燃料電池
発電装置とは大きく異なることとなる。そのため、工場
における燃料電池発電装置の生産において、非燃料切替
機と燃料切替機の２種類が存在することとなり、生産管
理上好ましくない問題がある。
【００１０】また、高価な流量調節弁、流量計を２系統
装備することとなるため、その分コスト高となる問題が
あった。
装備することとなるため、その分コスト高となる問題が
あった。
【００１１】さらに、既設の非燃料切替機を、顧客の要
求により燃料切替機に変更する場合には、既設設備に多
くの改造を加える必要が生ずるので、改造コストが高く
なる問題がある。
求により燃料切替機に変更する場合には、既設設備に多
くの改造を加える必要が生ずるので、改造コストが高く
なる問題がある。
【００１２】さらにまた、燃料Ｂを非常用燃料として利
用する設備の場合には、常時は使用していない燃料Ｂの
流量調節弁および流量計の健全性を定期点検等で確認
し、非常時の信頼性確保に備える必要があり、そのメン
テナンス性が問題となる。
用する設備の場合には、常時は使用していない燃料Ｂの
流量調節弁および流量計の健全性を定期点検等で確認
し、非常時の信頼性確保に備える必要があり、そのメン
テナンス性が問題となる。
【００１３】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたもので、この発明の課題は、運転を停止するこ
となく燃料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替え
る燃料電池発電装置において、切替に関る機器点数を削
減し、非燃料切替機との機差を最小限にし、かつ既設の
非燃料切替機を最小限の改造で燃料切替機に変更するこ
とを可能とすることでコストの低減と生産性の向上とを
図り、さらに、常時は使用していない燃料Ｂでの運転時
における信頼性の向上を図ることにある。
なされたもので、この発明の課題は、運転を停止するこ
となく燃料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替え
る燃料電池発電装置において、切替に関る機器点数を削
減し、非燃料切替機との機差を最小限にし、かつ既設の
非燃料切替機を最小限の改造で燃料切替機に変更するこ
とを可能とすることでコストの低減と生産性の向上とを
図り、さらに、常時は使用していない燃料Ｂでの運転時
における信頼性の向上を図ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明は、燃料電池本体と、原燃料ガスを改質
して水素リッチな改質ガスとして、この改質ガスを前記
燃料電池本体に供給する改質器と、常時は一つの原燃料
ガス（燃料Ａ）を前記改質器に供給する燃料Ａ供給装置
と、前記燃料Ａ供給停止時には前記原燃料ガスとして他
の代替原燃料ガス（燃料Ｂ）を前記改質器に供給する燃
料Ｂ供給装置とを備えた燃料電池発電装置において、燃
料Ａ遮断弁と、燃料Ｂ遮断弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼
用の流量調節弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計
と、燃料切替直後から切替原燃料の組成に適したガス流
量が流れるように制御するための原燃料切替制御装置と
を備えるものとする（請求項１の発明）。
めに、この発明は、燃料電池本体と、原燃料ガスを改質
して水素リッチな改質ガスとして、この改質ガスを前記
燃料電池本体に供給する改質器と、常時は一つの原燃料
ガス（燃料Ａ）を前記改質器に供給する燃料Ａ供給装置
と、前記燃料Ａ供給停止時には前記原燃料ガスとして他
の代替原燃料ガス（燃料Ｂ）を前記改質器に供給する燃
料Ｂ供給装置とを備えた燃料電池発電装置において、燃
料Ａ遮断弁と、燃料Ｂ遮断弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼
用の流量調節弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計
と、燃料切替直後から切替原燃料の組成に適したガス流
量が流れるように制御するための原燃料切替制御装置と
を備えるものとする（請求項１の発明）。
【００１５】上記請求項１の発明の実施態様としては、
下記請求項２ないし３の発明が好適であり、またその運
転方法としては、請求項４ないし５の発明が好適であ
る。即ち、請求項１記載の燃料電池発電装置において、
前記原燃料切替制御装置は、前記原燃料ガス切替の際に
切替原燃料ガス密度に応じて前記流量調節弁のＣｖ値を
調節するために弁開度を調節する開度調節手段と、原燃
料ガス切替の際に切替原燃料のガスの物性に応じて真の
流量を求めるために流量計測値の換算を行なう流量計測
値切替演算手段とを備えるものとする（請求項２の発
明）。
下記請求項２ないし３の発明が好適であり、またその運
転方法としては、請求項４ないし５の発明が好適であ
る。即ち、請求項１記載の燃料電池発電装置において、
前記原燃料切替制御装置は、前記原燃料ガス切替の際に
切替原燃料ガス密度に応じて前記流量調節弁のＣｖ値を
調節するために弁開度を調節する開度調節手段と、原燃
料ガス切替の際に切替原燃料のガスの物性に応じて真の
流量を求めるために流量計測値の換算を行なう流量計測
値切替演算手段とを備えるものとする（請求項２の発
明）。
【００１６】また、前記請求項２記載の燃料電池発電装
置において、前記原燃料切替制御装置は、さらに、前記
原燃料ガスの切替指令に基づき前記燃料Ａ遮断弁および
燃料Ｂ遮断弁がそれぞれ所定の開閉操作をするための遮
断弁駆動手段と、前記原燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに
切替える際に、燃料Ｂの切替開始時の時間当たり体積流
量（以下、単に流量という。）を、切替前の燃料Ａの流
量と同一流量となるようにし、その後は、燃料Ｂの供給
流量を、前記改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切
替前と略同一となるように、あらかじめシミュレーショ
ンにより求めた所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給
し、前記改質器出口部において燃料Ａの燃料Ｂによるガ
ス置換が完了する所定時間後に、燃料Ｂの供給流量を、
燃料Ｂの組成に適した所定の最適流量に調節するための
流量調節弁の開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂ
から燃料Ａに再度切替える場合に備えて、燃料Ａの流量
を燃料Ｂの前記最適流量と同一流量で供給開始可能とな
るようにし、その後は、燃料Ａの供給流量を、前記改質
器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一とな
るように、あらかじめシミュレーションにより求めた所
定の流量に変化させて燃料Ａを供給し、前記改質器出口
部において燃料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所
定時間後に、燃料Ａの供給流量を、燃料Ａの組成に適し
た所定の最適流量に調節スタンバイを行うための流量調
節弁の開度制御手段とを備えるものとする（請求項３の
発明）。
置において、前記原燃料切替制御装置は、さらに、前記
原燃料ガスの切替指令に基づき前記燃料Ａ遮断弁および
燃料Ｂ遮断弁がそれぞれ所定の開閉操作をするための遮
断弁駆動手段と、前記原燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに
切替える際に、燃料Ｂの切替開始時の時間当たり体積流
量（以下、単に流量という。）を、切替前の燃料Ａの流
量と同一流量となるようにし、その後は、燃料Ｂの供給
流量を、前記改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切
替前と略同一となるように、あらかじめシミュレーショ
ンにより求めた所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給
し、前記改質器出口部において燃料Ａの燃料Ｂによるガ
ス置換が完了する所定時間後に、燃料Ｂの供給流量を、
燃料Ｂの組成に適した所定の最適流量に調節するための
流量調節弁の開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂ
から燃料Ａに再度切替える場合に備えて、燃料Ａの流量
を燃料Ｂの前記最適流量と同一流量で供給開始可能とな
るようにし、その後は、燃料Ａの供給流量を、前記改質
器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一とな
るように、あらかじめシミュレーションにより求めた所
定の流量に変化させて燃料Ａを供給し、前記改質器出口
部において燃料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所
定時間後に、燃料Ａの供給流量を、燃料Ａの組成に適し
た所定の最適流量に調節スタンバイを行うための流量調
節弁の開度制御手段とを備えるものとする（請求項３の
発明）。
【００１７】さらに、請求項１に記載の燃料電池発電装
置の運転方法であって、前記原燃料ガス切替の際に、切
替原燃料ガス密度に応じて前記流量調節弁のＣｖ値を調
節し、さらに、切替原燃料のガスの物性に応じた真の流
量を求めるための流量計測値の換算を行なうこととする
（請求項４の発明）。
置の運転方法であって、前記原燃料ガス切替の際に、切
替原燃料ガス密度に応じて前記流量調節弁のＣｖ値を調
節し、さらに、切替原燃料のガスの物性に応じた真の流
量を求めるための流量計測値の換算を行なうこととする
（請求項４の発明）。
【００１８】さらにまた、前記請求項４に記載の燃料電
池発電装置の運転方法であって、前記原燃料ガスを燃料
Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの切替開始時の流
量を，切替前の燃料Ａの流量と同一流量となるように
し、その後は、燃料Ｂの供給流量を，前記改質器出口の
改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるよう
に，あらかじめシミュレーションにより求めた所定の流
量に変化させて燃料Ｂを供給し、前記改質器出口部にお
いて燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了する所定時間
後に、燃料Ｂの供給流量を，燃料Ｂの組成に適した所定
の最適流量に調節して，原燃料の切替を完了する（請求
項５の発明）。
池発電装置の運転方法であって、前記原燃料ガスを燃料
Ａから燃料Ｂに切替える際に、燃料Ｂの切替開始時の流
量を，切替前の燃料Ａの流量と同一流量となるように
し、その後は、燃料Ｂの供給流量を，前記改質器出口の
改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるよう
に，あらかじめシミュレーションにより求めた所定の流
量に変化させて燃料Ｂを供給し、前記改質器出口部にお
いて燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換が完了する所定時間
後に、燃料Ｂの供給流量を，燃料Ｂの組成に適した所定
の最適流量に調節して，原燃料の切替を完了する（請求
項５の発明）。
【００１９】（発明の作用）前記請求項１ないし５の発
明に関し、その作用原理について、以下に総括的に述べ
る。前述の特開２００１−２８２７０に詳細に記載され
るように、運転を停止することなく燃料Ａから、組成の
異なる燃料Ｂへ燃料ガスを切替える燃料電池発電装置に
おいて、燃料切替え時に安定した改質ガス（水素リッチ
ガス）を燃料電池本体に供給するためには、改質器の出
口での水素ガスを一定量に維持する必要がある。
明に関し、その作用原理について、以下に総括的に述べ
る。前述の特開２００１−２８２７０に詳細に記載され
るように、運転を停止することなく燃料Ａから、組成の
異なる燃料Ｂへ燃料ガスを切替える燃料電池発電装置に
おいて、燃料切替え時に安定した改質ガス（水素リッチ
ガス）を燃料電池本体に供給するためには、改質器の出
口での水素ガスを一定量に維持する必要がある。
【００２０】―方、燃料電池発電装置内には、燃料入口
から改質器までの空間が存在し、燃料ガスＡから燃料ガ
スＢに切替つた直後の当該空間は、まだ燃料Ａが充満し
ている。この状況で、改質器の出口での水素ガスを一定
量に維持するためには、燃料Ｂへの切替直後において
は、燃料ガスＢの流量を、切替前の燃料Ａの流量と同一
流量で供給しておき、改質器入口部における燃料Ｂの濃
度の上昇に伴い、徐々に燃料Ｂのガス組成に適した流量
にする必要がある。
から改質器までの空間が存在し、燃料ガスＡから燃料ガ
スＢに切替つた直後の当該空間は、まだ燃料Ａが充満し
ている。この状況で、改質器の出口での水素ガスを一定
量に維持するためには、燃料Ｂへの切替直後において
は、燃料ガスＢの流量を、切替前の燃料Ａの流量と同一
流量で供給しておき、改質器入口部における燃料Ｂの濃
度の上昇に伴い、徐々に燃料Ｂのガス組成に適した流量
にする必要がある。
【００２１】本発明は，燃料Ｂへの切替直後において
は、燃料ガスＢの流量を、切替前の燃料Ａの流量と同一
流量で供給する点、つまり調節弁の開度差がわずかであ
る点に着目したものである。燃料Ａと燃料Ｂを同一流量
で流す場合、調節弁Ｃｖ値に関して、両ガスによる差異
につき以下に検討する。
は、燃料ガスＢの流量を、切替前の燃料Ａの流量と同一
流量で供給する点、つまり調節弁の開度差がわずかであ
る点に着目したものである。燃料Ａと燃料Ｂを同一流量
で流す場合、調節弁Ｃｖ値に関して、両ガスによる差異
につき以下に検討する。
【００２２】通常、ガス流量ＱとＣｖ値との関係は、次
式で表わされる。
式で表わされる。
【００２３】Ｑ＝Ｃｖ√（Ｐ1 2−Ｐ2 2）／307×√（ρ
×（ｔ＋273）） ここで、 Ｑ（Ｂ）＝Ｑ（Ａ）のとき、すなわち切替直
後は、発電装置の状態（Ｐ，ｔ）が変化していないとす
ると、 Ｃｖ（Ｂ）＝Ｃｖ（Ａ）×√（ρB／ρA） を得る。
×（ｔ＋273）） ここで、 Ｑ（Ｂ）＝Ｑ（Ａ）のとき、すなわち切替直
後は、発電装置の状態（Ｐ，ｔ）が変化していないとす
ると、 Ｃｖ（Ｂ）＝Ｃｖ（Ａ）×√（ρB／ρA） を得る。
【００２４】ここで、
Ｑ：ガス流量 ［m3(Normal)/h］
Ｐ1：ガス圧力（バルブ入口）［kPa abs］
Ｐ2：ガス圧力（バルブ出口）［kPa abs］
ρ；ガス密度［kg/m3(Norma1)］
ｔ：ガス温度［℃］ である。
【００２５】即ち、燃料Ａの調節弁と燃料Ｂの調節弁を
兼用する場合には、燃料Ｂに切替ると同時に、調節弁の
Ｃｖ値を切替前のＣｖ値×√（ρB／ρA）に変化させれ
ば良い。
兼用する場合には、燃料Ｂに切替ると同時に、調節弁の
Ｃｖ値を切替前のＣｖ値×√（ρB／ρA）に変化させれ
ば良い。
【００２６】具体的な例として、都市ガスからＬＰＧに
切替える場合を考えると、ρA（都市ガス）＝0．84、ρ
B（ＬＰＧ）＝1.97として、√（ρB／ρA）＝1.53を得
る。
切替える場合を考えると、ρA（都市ガス）＝0．84、ρ
B（ＬＰＧ）＝1.97として、√（ρB／ρA）＝1.53を得
る。
【００２７】Ｃｖ値の１．５３倍は、通常の流量調節弁
の場合、弁開度に換算すると約１０％程度にとどまる。
ここで、代表的な流量調節弁の開度変化速度０−１００
％は約４秒であるので、１０％の開度変化時間は約０．
４秒となる。
の場合、弁開度に換算すると約１０％程度にとどまる。
ここで、代表的な流量調節弁の開度変化速度０−１００
％は約４秒であるので、１０％の開度変化時間は約０．
４秒となる。
【００２８】一方、都市ガスからＬＰＧへの切替は、燃
料入口から改質器までの空間に残存する都市ガスを、Ｌ
ＰＧで置換し、改質器入ロ部でＬＰＧの組成が完全に立
上ることで完了する。この時間は装置の出力で異なる
が、計算上、約１５秒から４５秒程度を要する。
料入口から改質器までの空間に残存する都市ガスを、Ｌ
ＰＧで置換し、改質器入ロ部でＬＰＧの組成が完全に立
上ることで完了する。この時間は装置の出力で異なる
が、計算上、約１５秒から４５秒程度を要する。
【００２９】従来の独立２系統の調節弁を備えた切替と
異なるのは、上記の約１５秒から４５秒程度要する切替
全体時間のごく初期の、約０．４秒間程度、流量が望ま
しい値から外れることとなる点であるが、切替全体に与
える影響はごくわずかであり、実用上問題とならない。
異なるのは、上記の約１５秒から４５秒程度要する切替
全体時間のごく初期の、約０．４秒間程度、流量が望ま
しい値から外れることとなる点であるが、切替全体に与
える影響はごくわずかであり、実用上問題とならない。
【００３０】なお、流量計を兼用させるにあたっては、
燃料Ａから燃料Ｂヘの切替と同時に、流量計の値、例え
ば差圧を、燃料Ｂのガスの物性に適した流量値に制御上
のソフトにより切替演算することで対応することが可能
である。
燃料Ａから燃料Ｂヘの切替と同時に、流量計の値、例え
ば差圧を、燃料Ｂのガスの物性に適した流量値に制御上
のソフトにより切替演算することで対応することが可能
である。
【００３１】前記本発明によれば、上記のような燃料切
替え用燃料電池発電装置の機器構成により、コストの低
廉な燃料切替設備を有する燃料電池発電装置を提供する
ことができるとともに、非燃料切替機との機差を最小限
にすることで生産性の向上、ならびに既設の非燃料切替
機を最小限の改造で燃料切替機に変更することが可能と
なる。さらに、燃料Ｂを非常用燃料ガスとして用いる場
合、従来は、通常時休眠ラインとなっている燃料Ｂ用の
流量調節弁と流量計を、本発明では燃料Ａと兼用させる
ことで常時稼動させることとなり、通常時の運転を通じ
て、非常時ラインの信頼性確保が可能となる。
替え用燃料電池発電装置の機器構成により、コストの低
廉な燃料切替設備を有する燃料電池発電装置を提供する
ことができるとともに、非燃料切替機との機差を最小限
にすることで生産性の向上、ならびに既設の非燃料切替
機を最小限の改造で燃料切替機に変更することが可能と
なる。さらに、燃料Ｂを非常用燃料ガスとして用いる場
合、従来は、通常時休眠ラインとなっている燃料Ｂ用の
流量調節弁と流量計を、本発明では燃料Ａと兼用させる
ことで常時稼動させることとなり、通常時の運転を通じ
て、非常時ラインの信頼性確保が可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下にのべる。
態について以下にのべる。
【００３３】図１は、本発明の実施例を示す図であり、
図２と同じ構成部材には同一の番号を付して説明を省略
する。図１が図２と異なる点は、図１においては、ま
ず、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量調節弁１３と、燃料
Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計１４とを設けた点である。
図２と同じ構成部材には同一の番号を付して説明を省略
する。図１が図２と異なる点は、図１においては、ま
ず、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量調節弁１３と、燃料
Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計１４とを設けた点である。
【００３４】また、図１における原燃料切替制御装置１
５の機能は、図２における原燃料切替制御装置１２と異
なり、請求項２に係る流量調節弁のＣｖ値を調節するた
めに弁開度を調節する図示しない開度調節手段と、原燃
料ガス切替の際に切替原燃料のガスの物性に応じて真の
流量を求めるために流量計測値の換算を行なう図示しな
い流量計測値切替演算手段とを備える点が、図２とは異
なる。
５の機能は、図２における原燃料切替制御装置１２と異
なり、請求項２に係る流量調節弁のＣｖ値を調節するた
めに弁開度を調節する図示しない開度調節手段と、原燃
料ガス切替の際に切替原燃料のガスの物性に応じて真の
流量を求めるために流量計測値の換算を行なう図示しな
い流量計測値切替演算手段とを備える点が、図２とは異
なる。
【００３５】上記構成により、燃料ガス切替え信号が、
燃料Ａで発生すると、燃料Ａ用の遮断弁が開から閉に切
替わり、燃料Ｂ用の遮断弁が閉から開に切替わると同時
に、流量調節弁１３は燃料Ｂを、燃料Ａと同一流量流す
Ｃｖ値に相当する弁開度に即座に変更され、流量計１４
の値も燃料Ｂに対応した計測値が出力されるように変更
される。
燃料Ａで発生すると、燃料Ａ用の遮断弁が開から閉に切
替わり、燃料Ｂ用の遮断弁が閉から開に切替わると同時
に、流量調節弁１３は燃料Ｂを、燃料Ａと同一流量流す
Ｃｖ値に相当する弁開度に即座に変更され、流量計１４
の値も燃料Ｂに対応した計測値が出力されるように変更
される。
【００３６】
【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、燃料
電池本体と、原燃料ガスを改質して水素リッチな改質ガ
スとして、この改質ガスを前記燃料電池本体に供給する
改質器と、常時は一つの原燃料ガス（燃料Ａ）を前記改
質器に供給する燃料Ａ供給装置と、前記燃料Ａ供給停止
時には前記原燃料ガスとして他の代替原燃料ガス（燃料
Ｂ）を前記改質器に供給する燃料Ｂ供給装置とを備えた
燃料電池発電装置において、燃料Ａ遮断弁と、燃料Ｂ遮
断弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量調節弁と、燃料
Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計と、燃料切替直後から切替
原燃料の組成に適したガス流量が流れるように制御する
ための原燃料切替制御装置とを備えるものとし、前記原
燃料ガス切替の際に、切替原燃料ガス密度に応じて前記
流量調節弁のＣｖ値を調節し、さらに、切替原燃料のガ
スの物性に応じた真の流量を求めるための流量計測値の
換算を行なうこととしたので、運転を停止することなく
燃料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替える燃料
電池発電装置において、切替に関る機器点数を削減し、
非燃料切替機との機差を最小限にし、かつ既設の非燃料
切替機を最小限の改造で燃料切替機に変更することを可
能とすることでコストの低減と生産性の向上とを図り、
さらに、常時は使用していない燃料Ｂでの運転時におけ
る信頼性の向上を図ることができる。
電池本体と、原燃料ガスを改質して水素リッチな改質ガ
スとして、この改質ガスを前記燃料電池本体に供給する
改質器と、常時は一つの原燃料ガス（燃料Ａ）を前記改
質器に供給する燃料Ａ供給装置と、前記燃料Ａ供給停止
時には前記原燃料ガスとして他の代替原燃料ガス（燃料
Ｂ）を前記改質器に供給する燃料Ｂ供給装置とを備えた
燃料電池発電装置において、燃料Ａ遮断弁と、燃料Ｂ遮
断弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量調節弁と、燃料
Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計と、燃料切替直後から切替
原燃料の組成に適したガス流量が流れるように制御する
ための原燃料切替制御装置とを備えるものとし、前記原
燃料ガス切替の際に、切替原燃料ガス密度に応じて前記
流量調節弁のＣｖ値を調節し、さらに、切替原燃料のガ
スの物性に応じた真の流量を求めるための流量計測値の
換算を行なうこととしたので、運転を停止することなく
燃料Ａから、組成の異なる燃料Ｂへ燃料を切替える燃料
電池発電装置において、切替に関る機器点数を削減し、
非燃料切替機との機差を最小限にし、かつ既設の非燃料
切替機を最小限の改造で燃料切替機に変更することを可
能とすることでコストの低減と生産性の向上とを図り、
さらに、常時は使用していない燃料Ｂでの運転時におけ
る信頼性の向上を図ることができる。
【図１】この発明の原燃料切替設備を有する燃料電池発
電装置の実施例を示す図
電装置の実施例を示す図
【図２】従来の原燃料切替設備を有する燃料電池発電装
置の概略構成を示す図
置の概略構成を示す図
１：燃料Ａ遮断弁、４：燃料Ｂ遮断弁、７：スチームエ
ジェクタ、８：脱硫器、９：改質器、１０：ＣＯ変成
器、１１：燃料電池本体、１３：流量調節弁、１４：流
量計、１５：原燃料切替制御装置。
ジェクタ、８：脱硫器、９：改質器、１０：ＣＯ変成
器、１１：燃料電池本体、１３：流量調節弁、１４：流
量計、１５：原燃料切替制御装置。
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料電池本体と、原燃料ガスを改質して
水素リッチな改質ガスとして、この改質ガスを前記燃料
電池本体に供給する改質器と、常時は一つの原燃料ガス
（以下燃料Ａという。）を前記改質器に供給する燃料Ａ
供給装置と、前記燃料Ａ供給停止時には前記原燃料ガス
として他の代替原燃料ガス（以下燃料Ｂという。）を前
記改質器に供給する燃料Ｂ供給装置とを備えた燃料電池
発電装置において、 燃料Ａ遮断弁と、燃料Ｂ遮断弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ
兼用の流量調節弁と、燃料Ａおよび燃料Ｂ兼用の流量計
と、燃料切替直後から切替原燃料の組成に適したガス流
量が流れるように制御するための原燃料切替制御装置と
を備えることを特徴とする原燃料切替設備を有する燃料
電池発電装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池発電装置におい
て、前記原燃料切替制御装置は、前記原燃料ガス切替の
際に切替原燃料ガス密度に応じて前記流量調節弁のＣｖ
値を調節するために弁開度を調節する開度調節手段と、
原燃料ガス切替の際に切替原燃料のガスの物性に応じて
真の流量を求めるために流量計測値の換算を行なう流量
計測値切替演算手段とを備えることを特徴とする原燃料
切替設備を有する燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の燃料電池発電装置におい
て、前記原燃料切替制御装置は、さらに、前記原燃料ガ
スの切替指令に基づき前記燃料Ａ遮断弁および燃料Ｂ遮
断弁がそれぞれ所定の開閉操作をするための遮断弁駆動
手段と、前記原燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに切替える
際に、燃料Ｂの切替開始時の時間当たり体積流量（以
下、単に流量という。）を、切替前の燃料Ａの流量と同
一流量となるようにし、その後は、燃料Ｂの供給流量
を、前記改質器出口の改質ガス中の水素ガス量が切替前
と略同一となるように、あらかじめシミュレーションに
より求めた所定の流量に変化させて燃料Ｂを供給し、前
記改質器出口部において燃料Ａの燃料Ｂによるガス置換
が完了する所定時間後に、燃料Ｂの供給流量を、燃料Ｂ
の組成に適した所定の最適流量に調節するための流量調
節弁の開度制御手段と、前記原燃料ガスを燃料Ｂから燃
料Ａに再度切替える場合に備えて、燃料Ａの流量を燃料
Ｂの前記最適流量と同一流量で供給開始可能となるよう
にし、その後は、燃料Ａの供給流量を、前記改質器出口
の改質ガス中の水素ガス量が切替前と略同一となるよう
に、あらかじめシミュレーションにより求めた所定の流
量に変化させて燃料Ａを供給し、前記改質器出口部にお
いて燃料Ｂの燃料Ａによるガス置換が完了する所定時間
後に、燃料Ａの供給流量を、燃料Ａの組成に適した所定
の最適流量に調節スタンバイを行うための流量調節弁の
開度制御手段とを備えることを特徴とする原燃料切替設
備を有する燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の燃料電池発電装置の運
転方法であって、前記原燃料ガス切替の際に、切替原燃
料ガス密度に応じて前記流量調節弁のＣｖ値を調節し、
さらに、切替原燃料のガスの物性に応じた真の流量を求
めるための流量計測値の換算を行なうことを特徴とする
原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置の運転方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の燃料電池発電装置の運
転方法であって、前記原燃料ガスを燃料Ａから燃料Ｂに
切替える際に、燃料Ｂの切替開始時の流量を、切替前の
燃料Ａの流量と同一流量となるようにし、その後は、燃
料Ｂの供給流量を、前記改質器出口の改質ガス中の水素
ガス量が切替前と略同一となるように、あらかじめシミ
ュレーションにより求めた所定の流量に変化させて燃料
Ｂを供給し、前記改質器出口部において燃料Ａの燃料Ｂ
によるガス置換が完了する所定時間後に、燃料Ｂの供給
流量を、燃料Ｂの組成に適した所定の最適流量に調節し
て、原燃料の切替を完了することを特徴とする原燃料切
替設備を有する燃料電池発電装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001198702A JP2003017096A (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001198702A JP2003017096A (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017096A true JP2003017096A (ja) | 2003-01-17 |
Family
ID=19036102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001198702A Pending JP2003017096A (ja) | 2001-06-29 | 2001-06-29 | 原燃料切替設備を有する燃料電池発電装置とその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003017096A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007097314A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-08-30 | Nippon Oil Corporation | 燃料電池を用いた非常電源システム |
| WO2007097316A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-08-30 | Nippon Oil Corporation | 燃料電池を用いた非常電源システム、及び分電盤 |
| WO2010044170A1 (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
2001
- 2001-06-29 JP JP2001198702A patent/JP2003017096A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007097314A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-08-30 | Nippon Oil Corporation | 燃料電池を用いた非常電源システム |
| WO2007097316A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-08-30 | Nippon Oil Corporation | 燃料電池を用いた非常電源システム、及び分電盤 |
| JP2007228727A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Nippon Oil Corp | 燃料電池を用いた非常電源システム、及び分電盤 |
| JP2007228728A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Nippon Oil Corp | 燃料電池を用いた非常電源システム |
| TWI399011B (zh) * | 2006-02-23 | 2013-06-11 | Nippon Oil Corp | 利用燃料電池之緊急供電系統 |
| TWI406466B (zh) * | 2006-02-23 | 2013-08-21 | Nippon Oil Corp | 利用燃料電池之緊急供電系統及配電盤 |
| KR101367490B1 (ko) | 2006-02-23 | 2014-02-25 | 제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사 | 연료 전지를 사용한 비상 전원 시스템 |
| WO2010044170A1 (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| US8945788B2 (en) | 2008-10-17 | 2015-02-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040726 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041111 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050324 |