JP2004214169A - 熱交換器の運転制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池システムの原料ガスを液体原料から加熱ガスにより蒸発させて得る熱交換器6であり、先ずポンプ14により液体原料を供給して熱交換器6内に溜め、その後に熱源制御手段7を経由して加熱ガスを熱交換器6に供給して、熱交換器6を蒸発器として起動または作動再開させるようにした。
【選択図】 図1
Description
図1および図2は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第1実施形態を示し、図1は本発明の熱交換器の運転制御装置を含む燃料電池システムの概略図、図2は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。先ず、図1により、本発明の熱交換器の運転制御装置を含む燃料電池システムについて説明する。
図3は、本発明を適用した第2実施形態の熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。本実施形態においては、熱交換器の運転制御装置を含む燃料電池システムは第1実施形態と同様であるが、第1実施形態とは、低温流体通路内に液体原料を満たして熱交換器を所定の温度に保持して待機させる構成で基本的に相違している。本実施形態の熱交換器の起動制御および運転終了時制御は、第1実施形態におけると同様になされ、熱交換器6の起動から運転終了に至る運転停止および運転再開時に、本実施形態の熱交換器6の運転制御を適用するようにする。なお、図1および図2と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
図4〜図7は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第3実施形態を示し、図4は熱交換器の概略図、図5は熱交換器の具体的構造を示す斜視図、図6は熱交換器の部品構成を示す分解斜視図、図7は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。本実施形態においては、起動時、低温流体を熱交換器に供給し、その後に低温流体の流量を一時的に減らした状態で高温流体を供給し、低温流体通路の低温流体の温度上昇に応じて低温流体の供給を漸次増やすようにしたものである。なお、第1および第2実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
図8および図9は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第4実施形態を示し、図8は熱交換器の概略図、図9は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。本実施形態においては、第3実施形態における低温流体の供給を漸次増加させる際に熱交換器の蒸気生成量に応じて増加させるようにしたものである。なお、第3実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
図10は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第5実施形態を示し、図10(A)は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャート、図10(B)は低温流体通路の出口空間における液面レベル(低温流体容量)の変化を示すタイムチャート、図10(C)および(D)は熱交換器の高温流体の温度分布図および熱交換器の概略図である。本実施形態においては、蒸発器として高温流体と低温流体が略同一方向に流れる並流式の熱交換器を対象とした熱交換器の運転制御装置に関するものである。なお、第3および第4実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
2 燃料電池スタック
3 排水素燃焼器
4 原料ガス供給手段
5 コントローラ
6 蒸発器としての熱交換器
7 熱源制御手段
8 液体原料供給手段
9 空気供給ブロア
11、12 流量調整弁
13 原料タンク
14 ポンプ
15 凝縮器
30 高温流体通路
31 低温流体通路
37、50 入口空間
38、51 出口空間
Claims (16)
- 高温流体と低温流体との熱交換を行う熱交換器の運転制御装置であって、
熱交換器に気相の高温流体を供給する高温流体供給手段と、
熱交換器に液相の低温流体を供給する低温流体供給手段と、
熱交換器の運転開始時に、先ず前記低温流体供給手段により低温流体を熱交換器に供給した後に、前記高温流体供給手段により高温流体を熱交換器に供給する運転制御手段と、を備えることを特徴とする熱交換器の運転制御装置。 - 前記運転制御手段は、高温流体供給手段より高温流体の供給する前に、低温流体供給手段より供給する低温流体の単位時間あたり流量を一時的に減少させ、高温流体供給手段による高温流体供給後に、低温流体供給手段より供給する低温流体の単位時間あたり流量を漸次増やすことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記運転制御手段は、低温流体供給手段より先ず熱交換器に供給する低温流体の単位時間あたりの流量を、定常運転時の単位時間あたりの流量よりも少なく設定し、高温流体供給開始後に漸次増やして定常運転時の単位時間あたりの流量に復帰させることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記熱交換器は、高温流体の入口側に臨む空間と出口側に臨む空間とを連通路で連結する低温流体通路を備え、
前記低温流体は、熱交換器の高温流体の出口側に臨む空間に供給されて昇温され、連通路を経由して高温流体の入口側に臨む空間に流れ、気相へ蒸発され且つ過熱されることを特徴とする請求項2に記載の熱交換器の運転制御装置。 - 前記熱交換器は、高温流体の入口側に臨む空間と出口側に臨む空間とを連通路で連結する低温流体通路を備え、
前記低温流体は、熱交換器の高温流体の入口側に臨む空間に供給されて大きく昇温され、連通路を経由して高温流体の出口側に臨む空間に流れ、高温流体の出口側に臨む空間で気相へ蒸発され且つ過熱されることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器の運転制御装置。 - 前記定常運転時の低温流体供給量は、高温流体と低温流体の熱交換により、高温流体の出口温度が低温流体の蒸発温度若しくはそれ以下の温度となる単位時間当たりの流量に設定されることを特徴とする請求項3または請求項5に記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記運転制御手段は、低温流体通路途中ないし低温流体通路出口の温度が予め設定した温度以上となる時点の単位時間あたりの流量を定常運転時の供給流量に設定することを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記低温流体の単位時間あたりの流量は、高温流体供給前に低温流体の流量を減少させ、高温流体供給後の低温流体通路の出口側の蒸気発生量に応じて増加させるよう設定することを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記低温流体の定常運転時の単位時間あたりの流量への漸次増加のパターンは、直線状または指数関数的若しくは階段状の流量パターンによることを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記低温流体の定常運転時の単位時間あたりの流量への増やし方は、高温流体の供給流量に応じて設定することを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記運転制御手段は、高温流体の供給を停止し、その後に前記低温流体の供給を停止して熱交換器の作動を停止することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記運転制御手段は、熱交換器の停止作動時に、熱交換器を所定の温度に維持することを特徴とする請求項11に記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記運転制御手段は、熱交換器の停止作動時、熱交換器内に溜めた低温流体を抜いて空にし、
高温流体の温度以下の温度を前記所定の温度とすることを特徴とする請求項12に記載の熱交換器の運転制御装置。 - 前記熱交換器は、低温流体を蒸発させる蒸発器として使用され、
前記運転制御手段は、熱交換器の停止作動時、蒸発器として使用される熱交換器内に低温流体を溜めて保持し、低温流体の蒸発温度以下の温度を前記所定の温度とすることを特徴とする請求項12に記載の熱交換器の運転制御装置。 - 前記高温流体供給手段より供給する高温流体は、燃料電池スタックのカソード排ガスと燃料電池スタックのアノード排ガスを燃焼する燃焼器の燃焼ガスであることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
- 前記熱交換器は、負荷上昇時に燃料電池システムへ原料ガスを供給する過渡応答用蒸発器に適用されることを特徴とする請求項15に記載の熱交換器の運転制御装置。
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