JP2018010763A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムは、燃料電池セルにおいて、アノード側に水素含有燃料(アノードガス)を、カソード側に空気(カソードガス)を供給し、セルの内部で水素と酸素とを反応させることにより発電を行う。アノードガスは、一般的に、外部から改質器に供給される炭化水素燃料と水(水蒸気)とが改質器の触媒上で反応して生成される(特許文献1参照)。 The fuel cell system generates power by supplying hydrogen-containing fuel (anode gas) to the anode side and air (cathode gas) to the cathode side in the fuel cell and reacting hydrogen and oxygen inside the cell. . The anode gas is generally generated by reacting hydrocarbon fuel and water (steam) supplied to the reformer from the outside on the catalyst of the reformer (see Patent Document 1).
燃料電池が所定の電池出力で動作するためには、改質器から燃料電池に対して、適切な量のアノードガスが提供される必要がある。燃料電池に適切な量のアノードガスが提供されない場合、例えば、燃料電池の電池出力とアノードガスの供給量とのバランスが崩れ、水素量の不足によりアノードが酸化されてしまうおそれがある。アノードの酸化は、セルの破損を招来し、燃料電池の発電能力を喪失させる可能性がある。 In order for the fuel cell to operate at a predetermined battery output, an appropriate amount of anode gas needs to be provided from the reformer to the fuel cell. When an appropriate amount of anode gas is not provided to the fuel cell, for example, the balance between the cell output of the fuel cell and the supply amount of the anode gas may be lost, and the anode may be oxidized due to an insufficient amount of hydrogen. The oxidation of the anode can lead to cell damage and loss of the power generation capability of the fuel cell.
通常、燃料電池では、所定の電池出力で動作するために必要な空気流量が予め設定される。そして、当該空気流量に対応して、予め設定された所定の組成を有する燃料ガス(以下、「指定燃料ガス」という)が所定流量供給されることで定格出力するように構成されている。このような燃料電池においては、仮に指定燃料ガスと組成の異なる燃料ガスが、指定燃料ガスの場合と同じ流量が供給されたときには、燃料熱量の変動を生じる可能性がある。 Normally, in a fuel cell, an air flow rate necessary for operating at a predetermined battery output is set in advance. Then, a fuel gas having a predetermined composition set in advance (hereinafter referred to as “designated fuel gas”) is supplied at a predetermined flow rate corresponding to the air flow rate, so that the rated output is achieved. In such a fuel cell, if a fuel gas having a composition different from that of the designated fuel gas is supplied at the same flow rate as that of the designated fuel gas, there is a possibility that the fuel heat amount fluctuates.
燃料熱量の変動が生じたままで発電を続けると、短期的には燃料電池システムの発電効率や燃料電池の電池出力の低下につながる可能性があり、長期的にはセルスタックの寿命にも大きな影響を及ぼす可能性がある。具体的には、燃料熱量が大きすぎると、発電に利用されない燃料熱量が増え、燃料電池システムの実質の発電効率が低下してしまう。また、燃料熱量が大きすぎると、セルスタックの本体や周囲が高温になるため、アノード等のシンタリングが進みやすくなる。加えて、排ガス温度も非常に高温になるため、排ガスからの熱回収が十分に行えずに燃料電池システムの熱効率が下がったり、排ガスから凝縮水の回収ができずに水自立が成立しなくなったりする。
一方、燃料熱量が小さすぎると、水素の欠乏によってアノードの酸化劣化が進みやすくなる。また、燃料熱量が小さすぎると、発熱と放熱の熱バランスが崩れてしまい、燃料電池システムの熱自立が成立する運転温度を維持できなくなる。
Continuing power generation with fluctuations in the amount of fuel heat may lead to a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell system and the battery output of the fuel cell in the short term, and will have a major impact on the life of the cell stack in the long term. May affect. Specifically, if the amount of fuel heat is too large, the amount of fuel heat that is not used for power generation increases, and the actual power generation efficiency of the fuel cell system decreases. In addition, if the amount of heat of fuel is too large, the cell stack body and the surroundings become hot, so that sintering of the anode and the like easily proceeds. In addition, since the exhaust gas temperature is extremely high, heat recovery from the exhaust gas cannot be sufficiently performed, the thermal efficiency of the fuel cell system is reduced, or condensate cannot be recovered from the exhaust gas and water independence cannot be established. To do.
On the other hand, if the amount of heat of fuel is too small, oxidative deterioration of the anode tends to proceed due to lack of hydrogen. In addition, if the amount of heat of fuel is too small, the heat balance between heat generation and heat dissipation is lost, and the operating temperature at which the fuel cell system is thermally independent cannot be maintained.
本発明は、定格出力で発電するために必要な空気流量が予め設定され、当該空気流量に対応して所定の組成を有する燃料ガスが所定流量供給されることで、定格出力で発電するように構成されている燃料電池システムにおいて、組成の異なる燃料ガスが供給された場合であっても、定格出力で発電するように自動的に燃料ガスの流量を調整することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 In the present invention, an air flow rate necessary for generating power at a rated output is set in advance, and fuel gas having a predetermined composition corresponding to the air flow rate is supplied at a predetermined flow rate so that power is generated at a rated output. Provided is a fuel cell system capable of automatically adjusting the flow rate of a fuel gas so that power is generated at a rated output even when fuel gases having different compositions are supplied. For the purpose.
本発明は、燃料電池と、予め設定された空気流量を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、燃料ガスと水から水素を生成し、生成された水素を前記燃料電池に供給する改質器と、前記燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインに設けられ、前記改質器に供給する前記燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部と、水を前記改質器に供給する水供給ラインと、前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排出される排ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、前記燃料ガス流量調整部を制御する燃料ガス流量制御部と、を備え、前記燃料ガス流量制御部は、前記酸素濃度検出器の検出濃度値が予め設定された目標濃度値になるように、前記燃料ガス流量調整部を制御する、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell, an air supply line that supplies a preset air flow rate to the fuel cell, a reformer that generates hydrogen from fuel gas and water, and supplies the generated hydrogen to the fuel cell. A fuel gas supply line that supplies the fuel gas to the reformer; a fuel gas flow rate adjustment unit that is provided in the fuel gas supply line and that adjusts the flow rate of the fuel gas supplied to the reformer; A water supply line for supplying water to the reformer, a combustor for burning off-gas discharged from the fuel cell, and an oxygen concentration detector for detecting an oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the combustor; A fuel gas flow rate control unit that controls the fuel gas flow rate adjustment unit, and the fuel gas flow rate control unit is configured so that the detected concentration value of the oxygen concentration detector becomes a preset target concentration value. Fuel gas Controlling the amount adjuster, a fuel cell system.
また、前記空気供給ラインに設けられ、前記燃料電池に供給する空気流量を調整する空気流量調整部と、前記空気流量調整部を制御する空気流量制御部と、を備え、前記空気流量制御部は、燃料電池システムの発電出力に応じた前記燃料電池の電池出力が得られるように、前記空気流量調整部を制御し、前記燃料ガス流量制御部は、燃料電池システムの発電出力に応じた前記燃料電池の電池出力が得られるように、前記燃料ガス流量調整部を制御することが好ましい。 The air flow control unit includes an air flow rate adjusting unit that is provided in the air supply line and adjusts an air flow rate supplied to the fuel cell, and an air flow rate control unit that controls the air flow rate adjusting unit. Controlling the air flow rate adjusting unit so that a battery output of the fuel cell according to the power generation output of the fuel cell system is obtained, and the fuel gas flow rate control unit controls the fuel according to the power generation output of the fuel cell system. It is preferable to control the fuel gas flow rate adjusting unit so that the battery output of the battery can be obtained.
また、前記燃料ガス流量調整部は、主調整弁と、副調整弁と、を備え、前記燃料ガス流量制御部は、燃料電池システムの発電出力に応じた前記燃料電池の電池出力が得られるように、前記主調整弁を制御し、前記酸素濃度検出器の検出濃度値が前記目標濃度値になるように、前記副調整弁を制御することが好ましい。 Further, the fuel gas flow rate adjustment unit includes a main adjustment valve and a sub adjustment valve, and the fuel gas flow rate control unit is configured to obtain a battery output of the fuel cell according to a power generation output of the fuel cell system. Furthermore, it is preferable that the main adjustment valve is controlled so that the sub adjustment valve is controlled so that the detected concentration value of the oxygen concentration detector becomes the target concentration value.
本発明によれば、定格出力で発電するために必要な空気流量が予め設定され、当該空気流量に対応して所定の組成を有する燃料ガスが所定流量供給されることで、定格出力で発電するように構成されている燃料電池システムにおいて、組成の異なる燃料ガスが供給された場合であっても、定格出力で発電するように自動的に燃料ガスの流量を調整することができる燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, an air flow rate necessary for generating power at a rated output is set in advance, and fuel gas having a predetermined composition corresponding to the air flow rate is supplied at a predetermined flow rate, thereby generating power at a rated output. In the fuel cell system configured as described above, a fuel cell system capable of automatically adjusting the flow rate of the fuel gas so as to generate power at a rated output even when fuel gas having a different composition is supplied. Can be provided.
最初に、第1実施形態及び第2実施形態における共通事項について記載する。
本願発明に係る燃料電池システムは、燃料電池(セルスタック)と、各種の補機とを主たる構成要素として備えている。燃料電池システムの発電出力とは、燃料電池システムから系統に接続されている負荷(電灯や電気機器など)に供給可能な電力(単位:W)であって、燃料電池の電池出力から補機損失(補機を運転するのに必要な電力)を差し引いた残りの電力をパワーコンディショナで電圧調整・同期調整した電力である。燃料電池システムの発電動作中に発生する補機損失には、電池出力の一部が利用されるが、補機損失を除いた燃料電池の“正味の電池出力”は燃料電池システムの発電出力と一致する。本願では、「燃料電池システムの発電出力」と「燃料電池の電池出力」とを等価の電力であるとして各実施形態を説明する。
First, common items in the first embodiment and the second embodiment will be described.
The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell (cell stack) and various auxiliary devices as main components. The power generation output of the fuel cell system is the power (unit: W) that can be supplied from the fuel cell system to the load (lights, electrical equipment, etc.) connected to the system. This is the power obtained by subtracting (the power necessary to operate the auxiliary machine) and adjusting the voltage and synchronizing with the power conditioner. A part of the battery output is used for the auxiliary machine loss that occurs during the power generation operation of the fuel cell system, but the “net battery output” of the fuel cell excluding the auxiliary machine loss is the power output of the fuel cell system. Match. In the present application, each embodiment will be described assuming that “power generation output of the fuel cell system” and “cell output of the fuel cell” are equivalent power.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態による燃料電池システム1を示す概略図である。
図1に示すように、本発明の実施形態における燃料電池システム1は、燃料電池2と、改質器3と、燃焼器4と、システム制御部5と、を備える。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell 2, a
また、燃料電池システム1は、空気供給ラインL1と、燃料ガス供給ラインL2と、水供給ラインL3と、燃焼排気ガスラインL4と、を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。 The fuel cell system 1 includes an air supply line L1, a fuel gas supply line L2, a water supply line L3, and a combustion exhaust gas line L4. “Line” is a general term for a flow path, a path, a pipe line, and the like.
[燃料電池2]
燃料電池2としては、例えば高温型の固体酸化物形燃料電池(SOFC)が用いられる。燃料電池2は、複数のセルが積層されたセルスタック構造を有している。一般的なセルスタックは、平板構造と円筒構造に大別されるが、いずれの場合もアノード(燃料極)、カソード(空気極)、及び電解質からなるセラミックス製の単セルがインターコネクタを介して連結された構造である。
燃料電池2は、改質器3からセルのアノード側に水素含有燃料(アノードガス)を、空気供給ラインL1からセルのカソード側に空気(カソードガス)を供給し、セルの内部で水素と酸素とを反応させる反応させることにより、発電を行うことができる。燃料電池2が発電中の運転温度は、700℃〜1000℃程度の高温である。燃料電池2によって発電された直流電力は、パワーコンディショナ6(後述)に送られ、交流電力に変換される。
燃料電池2は、アノード側から排出される未反応の水素を含むアノードオフガスを燃焼器4に対して排気すると共に、カソード側から排出される未反応の酸素を含むカソードオフガスを燃焼器4に対して排気する。
[Fuel cell 2]
As the fuel cell 2, for example, a high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) is used. The fuel cell 2 has a cell stack structure in which a plurality of cells are stacked. A general cell stack is roughly divided into a flat plate structure and a cylindrical structure. In either case, a single cell made of ceramics consisting of an anode (fuel electrode), a cathode (air electrode), and an electrolyte is connected via an interconnector. It is a linked structure.
The fuel cell 2 supplies hydrogen-containing fuel (anode gas) from the
The fuel cell 2 exhausts the anode off-gas containing unreacted hydrogen discharged from the anode side to the combustor 4 and the cathode off-gas containing unreacted oxygen discharged from the cathode side to the combustor 4. And exhaust.
[改質器3]
改質器3は、燃料ガス及び水からアノードガスを生成する。具体的には、燃料ガス供給ラインL2を介して供給される、燃料ガス(例えば、メタンガスが主成分の都市ガス)が、脱硫器21により硫黄化合物が除去された後、改質器3に供給される。他方、水供給ラインL3を介して水蒸気改質反応等に必要な水が気化されて、改質器3に供給される。
この際、改質器3内において、燃料ガスを高温(例えば700℃程度)にまで加熱させ、内部に充填された触媒によって、水蒸気改質反応等をさせることにより、アノードガスを生成する。なお、この加熱は、燃焼器4並びにセルスタックからの放射熱等により行われる。改質器3によって生成されたアノードガスは、燃料電池2へ供給される。
[Reformer 3]
The
At this time, in the
[燃焼器4]
燃焼器4は、燃料電池2のアノード側から排出される未反応の水素を含む高温のアノードオフガスと、カソード側から排出される未反応の酸素を含む高温のカソードオフガスとを混合させることにより燃焼処理する。アノードオフガスは、可燃性の水素を含むため、燃焼器4により燃焼処理された不活性なガスの状態で、外部に排気される必要がある。
燃焼器4でアノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼処理することにより発生した排ガスは、燃焼器4の下流側に接続された排ガスラインL4を通じて外部に排出される。
なお、燃料電池システム1が水自立を行うように構成されている場合には、排ガスを冷却することにより凝縮水を生成させ、この凝縮水を水供給ラインL3に還流させるようにする。
[Combustor 4]
The combustor 4 burns by mixing a high-temperature anode off-gas containing unreacted hydrogen discharged from the anode side of the fuel cell 2 and a high-temperature cathode off-gas containing unreacted oxygen discharged from the cathode side. To process. Since the anode off gas contains combustible hydrogen, it is necessary to exhaust the anode off gas to the outside in the state of an inert gas combusted by the combustor 4.
Exhaust gas generated by burning the anode off-gas and cathode off-gas in the combustor 4 is discharged to the outside through an exhaust gas line L4 connected to the downstream side of the combustor 4.
In addition, when the fuel cell system 1 is configured to perform water self-supporting, condensed water is generated by cooling the exhaust gas, and the condensed water is recirculated to the water supply line L3.
[空気供給ラインL1]
空気供給ラインL1は、燃料電池2に接続され、燃料電池2のカソードにカソードガスである空気を供給する。空気供給ラインL1の上流には、フィルタ11と、空気流量調整部12と、が配置される。フィルタ11は、空気中の異物を除去して、清浄な空気を空気流量調整部12に流通させる。
[Air supply line L1]
The air supply line L <b> 1 is connected to the fuel cell 2 and supplies air as a cathode gas to the cathode of the fuel cell 2. A
空気流量調整部12は、フィルタ11を通過した空気の流量を調整する。空気流量調整部12において、空気の流量を調整することにより、適正な流量の空気を、燃料電池2に供給する。
具体的には、必要な空気流量の設定については、例えば、燃料電池2の電池出力を異ならせたときの必要な空気流量の値を、予め記憶部内のテーブルに記憶しておくことで、燃料電池システム1の発電出力が指定されたときに当該テーブルに基づいて必要な空気流量を設定することができる。
また、空気流量と空気流量調整部12の操作量との関係を、予め記憶部内のテーブルに記憶しておくことで、当該テーブルに基づいて、必要な空気流量を供給するための空気流量調整部12の操作量を設定するようにしてもよい。
本実施形態においては、燃料電池システム1が所定の発電出力(定格出力)で動作するように、空気流量調整部12は予め調整され、予め設定された一定の空気流量を供給するものとする。
The air flow
Specifically, for setting the required air flow rate, for example, the value of the required air flow rate when the battery output of the fuel cell 2 is changed is stored in a table in the storage unit in advance. When the power generation output of the battery system 1 is designated, a necessary air flow rate can be set based on the table.
Further, the relationship between the air flow rate and the operation amount of the air flow
In the present embodiment, the air flow
ここで、燃料電池システム1が定格出力で動作するときに必要な空気の流量は、基準状態(温度0℃,大気圧1013hPa)における標準流量(単位:ノルマルリットル/分)として設定される。フィルタ11を通過した空気は、通常は基準状態ではないので、空気の密度が基準状態よりも小さく、カソードで酸素の不足が起こる。そのため、システム制御部5(後述)は、例えば空気ブロワ121(後述)の出口温度及び出口圧力に基づいて標準流量を補正し、必要な空気流量を算出するようにする。
また、空気流量の測定及び確認は、差圧式流量計を用いるのが簡便である。例えば、空気ブロワ121の出口側にオリフィスを設けておき、オリフィスで発生する差圧を検出するように構成する。同時に、空気ブロワ121の出口側の空気温度を検出して、空気の比重量を求めるように構成する。そして、差圧と比重量に対してベルヌーイの定理を適用すれば、空気の実流量を計算することができる。
Here, the flow rate of air required when the fuel cell system 1 operates at the rated output is set as a standard flow rate (unit: normal liter / min) in the reference state (temperature 0 ° C., atmospheric pressure 1013 hPa). Since the air that has passed through the
Moreover, it is convenient to use a differential pressure type flow meter for the measurement and confirmation of the air flow rate. For example, an orifice is provided on the outlet side of the
空気流量調整部12は、例えば空気ブロワ121とインバータ(周波数変換装置又は回路:図示せず)と、を備えるように構成できる。これにより、空気供給ラインL1には、空気ブロワ121の駆動によりフィルタ11を通過した空気が流通する。また、インバータの出力する駆動周波数を指定し、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動することで、空気流量を制御することができる。
The air flow
また、空気流量調整部12は、空気ブロワ121と、ダンパ(図示せず)と、を備えるようにしてもよい。ダンパは、開度を調節可能であり、燃料電池2に供給する空気流量を制御することができる。例えば、空気流量調整部12にダンパを適用した場合、ダンパを駆動させるモータを制御して、ダンパの回転停止位置を調整することで、燃料電池2に供給する空気流量を調整可能とする。
Further, the air flow
また、ダンパに替えて、弁開度を調節可能な空気流量調整弁122としてもよい。例えば、空気流量調整弁122は、弁開度を調節可能な比例制御弁としてもよい。
Further, instead of the damper, an air flow
空気流量調整部12は、システム制御部5と電気的に接続され、システム制御部5から出力される制御信号に基づいて制御される。
The air flow
[燃料ガス供給ラインL2]
燃料ガス供給ラインL2は、上流側において燃料ガス供給源(図示せず)に接続され、下流側において改質器3に接続され、改質器3へ燃料ガスを供給する。燃料ガス供給ラインL2には、脱硫器21と燃料ガス流量調整部22とが配置される。
[Fuel gas supply line L2]
The fuel gas supply line L2 is connected to a fuel gas supply source (not shown) on the upstream side, and connected to the
脱硫器21は、燃料ガスに含まれる硫黄化合物を、ゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する。脱硫器21により硫黄化合物が除去された燃料ガスは、燃料ガス流量調整部22に供給される。
The
燃料ガス流量調整部22は、脱硫器21により硫黄化合物が除去された燃料ガスの流量を調整する。燃料ガス流量調整部22において、適正な流量の燃料ガスを、改質器3に供給することができる。
具体的には、例えば、指定燃料ガスの燃料ガス流量と燃料ガス流量調整部22の操作量との関係を予め記憶部内のテーブルに記憶しておくことで、当該テーブルに基づいて、指定燃料ガスの必要な燃料ガス流量を供給するための燃料ガス流量調整部22の操作量を設定するようにしてもよい。
そうすることで、第1実施形態においては、予め設定された燃料ガス流量を改質器3に供給するように、燃料ガス流量調整部22は調整されているものとする。
The fuel gas flow
Specifically, for example, the relationship between the fuel gas flow rate of the designated fuel gas and the operation amount of the fuel gas flow
By doing so, in the first embodiment, it is assumed that the fuel gas flow
燃料ガス流量調整部22は、例えば燃料昇圧機(ブースター)221とインバータ(周波数変換装置又は回路:図示せず)と、を備えるように構成できる。これにより、燃料ガス供給ラインL2には、燃料昇圧機221の駆動により脱硫器21により硫黄化合物が除去された燃料ガスが流通する。また、インバータの出力する駆動周波数を指定し、入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動することで、燃料ガス流量を制御することができる。
The fuel gas flow
また、燃料ガス流量調整部22は、燃料昇圧機221と、燃料ガス流量調整弁222と、を備えるようにしてもよい。燃料ガス流量調整弁222は、開閉自在であり、改質器3に供給する燃料ガス流量を制御することができる。燃料ガス流量調整弁222は、弁開度を調節可能な比例制御弁としてもよい。
Further, the fuel gas flow
燃料ガス流量調整部22は、システム制御部5と電気的に接続され、システム制御部5から出力される制御信号に基づいて制御される。
The fuel gas flow
[水供給ラインL3]
水供給ラインL3は、上流側において水供給部(図示せず)に接続され、下流側において改質器3に接続され、改質器3に水を供給する。水供給ラインL3には、不純物除去部31と、ポンプ32と、蒸発器33と、が配置される。
[Water supply line L3]
The water supply line L3 is connected to a water supply unit (not shown) on the upstream side, is connected to the
不純物除去部31は、水供給部から供給される水に含まれる不純物を除去する。
ポンプ32は、駆動されることにより、水供給部からの水を水供給ラインL3に流通させる。
蒸発器33は、水供給ラインL2から供給された水を蒸発させる。蒸発器33により蒸発させられた水(蒸発水)は、改質器3に供給される。なお、改質器3が蒸発器33を含むように構成してもよい。
The
The
The
[排ガスラインL4]
排ガスラインL4は、アノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼器4で燃焼させることにより発生した排ガスを外部に排出する。
排ガスラインL4には、酸素濃度検出器41が配置される。
[Exhaust gas line L4]
The exhaust gas line L4 discharges the exhaust gas generated by burning the anode off-gas and the cathode off-gas in the combustor 4 to the outside.
An
酸素濃度検出器41は、燃焼器4から排出される排ガスに含まれる酸素濃度を検出する。酸素濃度検出器41は、例えば、ジルコニア式又は電気化学式等のセンサを用いることができる。
酸素濃度検出器41は、システム制御部5と電気的に接続されている。酸素濃度検出器41の検出濃度値は、システム制御部5に検出信号として出力される。
The
The
ここで、燃料電池システム1の発電出力(燃料電池2の電池出力)と燃焼器4から排出される排ガスに含まれる酸素濃度との関係について説明する。
まず、燃料電池システム1においては、燃料電池システム1の発電出力(例えば、定格出力)に応じて、燃料電池2のカソードに供給される必要な空気流量が設定される。具体的には、第1実施形態においては、予め設定された空気流量を燃料電池2に供給するように、空気流量調整部12は予め調整されているものとする。
Here, the relationship between the power generation output of the fuel cell system 1 (cell output of the fuel cell 2) and the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the combustor 4 will be described.
First, in the fuel cell system 1, a required air flow rate supplied to the cathode of the fuel cell 2 is set according to the power generation output (for example, rated output) of the fuel cell system 1. Specifically, in the first embodiment, it is assumed that the air flow
燃料電池システム1では、燃料電池2のカソードに供給される空気流量に基づいて、改質器3に供給する指定燃料ガスの燃料ガス流量が設定される。第1実施形態においては、予め設定された燃料ガス流量を改質器3に供給するように、燃料ガス流量調整部22は調整されているものとする。
In the fuel cell system 1, the fuel gas flow rate of the designated fuel gas supplied to the
改質器3によって得られる水素量と燃料ガスの燃料熱量とは比例関係にある。このことから、燃料ガスの組成によらずに燃料電池システム1を定格出力で動作させるためには、燃料電池2のカソードに供給される空気流量を一定の値に設定した場合、組成の異なる燃料ガスの流量が、指定燃料ガスを所定の流量で供給したときと同じ燃料熱量を出力するように調整する必要がある。そうすることで、指定燃料ガスと同様に、燃料電池システム1を定格出力で動作させることができる。
The amount of hydrogen obtained by the
他方、指定燃料ガスと、それとは組成の異なる燃料ガスとが、同じ燃料熱量を出力するときには、燃焼器4から排出される排ガスに含まれる酸素濃度は、同じ値になる。 On the other hand, when the designated fuel gas and the fuel gas having a different composition output the same amount of fuel heat, the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the combustor 4 becomes the same value.
このように、燃料電池2のカソードに供給される空気流量を一定の値に設定した場合、指定燃料ガスと組成の異なる燃料ガスを適用するときには、酸素濃度検出器41の検出濃度値が、指定燃料ガスを適用した場合の検出濃度値(以下「目標濃度値」という)になるように、燃料ガスの流量を調整すればよい。排ガスに含まれる酸素濃度の目標濃度値は、燃料電池システム1の燃料利用率(Uf)及び空気利用率(Ua)に応じて適宜に設定される。
As described above, when the flow rate of air supplied to the cathode of the fuel cell 2 is set to a constant value, when the fuel gas having a composition different from that of the designated fuel gas is applied, the detected concentration value of the
[パワーコンディショナ6]
パワーコンディショナ6は、燃料電池2の電池出力を調整する機器である。パワーコンディショナ6は、燃料電池2から出力されたDC電圧を昇圧するDC/DCコンバータ(昇圧回路:図示せず)と、DC/DCコンバータで昇圧された直流電圧を系統電源と同期の取れたAC電圧に変換する系統連系インバータ(電圧変換回路:図示せず)と、燃料電池2の出力電流を制御する出力電流制御部(出力制御回路:図示せず)と、を有している。燃料電池2には、DC/DCコンバータが電気的に接続され、DC/DCコンバータには、系統連系インバータが電気的に接続されている。
[Power conditioner 6]
The
系統連系インバータには、商用電力系統の分電盤(図示せず)が電気的に接続されている。系統連系インバータと分電盤とは、系統連系用のスイッチを介して並列・解列を切換可能である。分電盤には、系統電源(図示せず)及び複数の負荷(図示せず)が電気的に接続されている。更に、分電盤と系統電源との間には、電気計測装置(図示せず)が配置されており、系統電源から負荷に供給される電力を検出できるようになっている。なお、燃料電池2、パワーコンディショナ6、分電盤、系統電源、補機等の間の詳細な接続については、例えば本出願人による特開2016−103931号公報に開示されている。
A distribution board (not shown) of a commercial power system is electrically connected to the grid interconnection inverter. The grid interconnection inverter and distribution board can be switched between parallel and disconnected via a grid interconnection switch. A grid power supply (not shown) and a plurality of loads (not shown) are electrically connected to the distribution board. Further, an electrical measuring device (not shown) is arranged between the distribution board and the system power supply so that the power supplied from the system power supply to the load can be detected. The detailed connection among the fuel cell 2, the
[補機への電気供給]
前述した空気ブロワ121、燃料昇圧機221、ポンプ32、改質器3、燃焼器4、パワーコンディショナ6など、燃料電池2の発電動作及び出力調整に必要な各種の周辺機器を「補機」という。これらの補機のうち、駆動に電気を必要とするものは、燃料電池2によって発電された電気、又は系統電源から供給された電気によって駆動される。そのため、補機には、燃料電池2から出力されたDC電圧をDC/DCコンバータ(図示せず)で変換したDC電圧か、系統電源から供給されたAC電圧をAC/DCコンバータ(図示せず)で変換したDC電圧か、いずれか一方のDC電圧が入力されるように構成されている。なお、燃料電池2の発電動作中(解列状態での給電待機中を含む)には、燃料電池2で発電された電気が補機に供給され、燃料電池2の起動時には、系統電源から供給された電気が補機に供給される。燃料電池2の発電動作中に得られる電池出力のうち、補機で消費される電力を補機損失という。
[Electric power supply to auxiliary equipment]
Various peripheral devices necessary for the power generation operation and output adjustment of the fuel cell 2 such as the
[システム制御部5]
予め設定された一定の発電出力(定格出力)で発電するように、カソードに供給される空気流量が予め設定されている燃料電池システム1において、指定燃料ガスと組成の異なる燃料ガスが供給された場合であっても、適切な燃料ガス流量が改質器3に供給され、一定の発電出力で発電するように自動的に燃料ガスの流量を調整するために、システム制御部5は、燃料ガス流量制御部51を備える。
[System control unit 5]
In the fuel cell system 1 in which the flow rate of air supplied to the cathode is set in advance so that power is generated at a preset constant power generation output (rated output), a fuel gas having a composition different from that of the designated fuel gas is supplied. Even in such a case, in order to automatically adjust the flow rate of the fuel gas so that an appropriate fuel gas flow rate is supplied to the
燃料ガス流量制御部51は、酸素濃度検出器41の検出濃度値が予め設定された目標濃度値になるように、燃料ガス流量をフィードバック制御する。
具体的には、燃料ガス流量制御部51は、酸素濃度検出器41の検出濃度値が予め設定された目標濃度値になるように、燃料ガス流量調整部22の操作量を制御する。
例えば、燃料昇圧機221がインバータを備える場合、燃料ガス流量制御部51は、インバータの出力する駆動周波数を指定することで入力された駆動周波数に応じた回転速度で燃料昇圧機221を駆動するように制御してもよい。
また、燃料ガス流量制御部51は、燃料ガス流量調整弁222の弁開度を調節することで、弁開度に応じた燃料ガス流量を供給するように制御してもよい。
The fuel gas flow
Specifically, the fuel gas flow
For example, when the
The fuel gas flow
[本実施形態の効果]
第1実施形態の燃料電池システム1によれば、以下の効果を得ることができる。
燃料電池システム1は、燃焼器4から排出される排ガスに含まれる酸素濃度(酸素濃度検出器41の検出濃度値)が予め設定された目標濃度値になるように、燃料ガス流量調整部22の操作量を制御する燃料ガス流量制御部51を備える。
それにより、燃料電池システム1が所定の発電出力(定格出力)で発電するように、空気流量が設定されている場合に、例えば、組成の異なる燃料ガスが供給された場合(燃料ガスの熱量が変化した場合)であっても、過不足の無い適切な燃料ガス量を改質器3に供給し、燃料電池システム1が定格出力で発電するように自動調整することができる。
そうすることで、最適な発電効率を維持できるとともに、燃料電池2の寿命を維持することができる。さらに、燃料ガス流量調整部22は、安価なバルブで構成することができるため、組成の異なる燃料ガスが投入された場合に、追加の費用を掛けずに対応することができる。
また、燃料ガスの流量を計測するための流量計が不要となり、安価に流量を調整することができる。
[Effect of this embodiment]
According to the fuel cell system 1 of the first embodiment, the following effects can be obtained.
The fuel cell system 1 includes a fuel gas flow
Accordingly, when the air flow rate is set so that the fuel cell system 1 generates power at a predetermined power generation output (rated output), for example, when fuel gas having a different composition is supplied (the heat amount of the fuel gas is Even in the case of a change), an appropriate amount of fuel gas without excess or deficiency can be supplied to the
By doing so, the optimum power generation efficiency can be maintained and the life of the fuel cell 2 can be maintained. Furthermore, since the fuel gas flow
Further, a flow meter for measuring the flow rate of the fuel gas is not necessary, and the flow rate can be adjusted at a low cost.
[第2実施形態]
第1実施形態においては、燃料電池システム1が予め指定された発電出力(定格出力)で発電するために、燃料電池2に供給する空気流量が予め設定され、それに基づいて空気流量調整部12が予め調整されているものとした。また、第1実施形態においては、指定燃料ガスを用いる場合に、燃料電池2のカソードに供給される空気流量に基づいて、改質器3に供給する指定燃料ガスの燃料ガス流量を設定した。
これに対して、第2実施形態は、燃料電池システム1の発電出力を定格出力から変更する場合について説明する。なお、第2実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第2実施形態に係る燃料電池システム1は、燃料電池システム1の発電出力に応じて空気の流量を調整するために、システム制御部5は、さらに空気流量制御部52を備える。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, in order for the fuel cell system 1 to generate power at a power generation output (rated output) specified in advance, the air flow rate supplied to the fuel cell 2 is set in advance, and the air flow
On the other hand, 2nd Embodiment demonstrates the case where the electric power generation output of the fuel cell system 1 is changed from a rated output. In the description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
In the fuel cell system 1 according to the second embodiment, the
空気流量制御部52は、燃料電池システム1の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力が得られるように、空気流量調整部12を制御する。具体的には、空気流量制御部52は、パワーコンディショナ6で出力調整後の発電出力に基づいて、燃料電池2のカソードに供給される必要な空気流量を設定する。一方、燃料ガス流量制御部51は、燃料電池システム1の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力が得られるように、燃料ガス流量調整部22を制御する。具体的には、燃料ガス流量制御部51は、パワーコンディショナ6で出力調整後の発電出力に基づいて、燃料ガスが指定燃料ガスであることを前提として、改質器3に供給される必要な燃料ガス流量を設定する。
なお、必要な空気流量の設定及び必要な燃料ガス流量の設定については、例えば、燃料電池2の電池出力を異ならせたときの必要な空気流量の値及び燃料ガス流量の値を、予め記憶部内のテーブルに記憶しておくことで、燃料電池システム1の発電出力が指定されたときに、当該テーブルに基づいて必要な空気流量及び必要な燃料ガス流量を設定するようにしてもよい。
The air flow
For setting the required air flow rate and the required fuel gas flow rate, for example, the values of the required air flow rate and the fuel gas flow rate when the battery output of the fuel cell 2 is varied are stored in advance in the storage unit. In this table, when the power generation output of the fuel cell system 1 is designated, the necessary air flow rate and the necessary fuel gas flow rate may be set based on the table.
空気流量制御部52は、必要な空気流量を燃料電池2のカソードに供給するために、空気流量調整部12を調整する。具体的には、例えば、空気流量と空気流量調整部12の操作量との関係を、予め記憶部内のテーブルに記憶しておくことで、当該テーブルに基づいて必要な空気流量を供給するための空気流量調整部12の操作量を設定するようにしてもよい。
そうすることで、空気流量制御部52は、必要な空気流量になるように、空気流量調整部12を制御する。
例えば、空気ブロワ121がインバータを備える場合、空気流量制御部52は、インバータの出力する駆動周波数を指定することで入力された駆動周波数に応じた回転速度で空気ブロワ121を駆動するように制御してもよい。
また、空気流量制御部52は、空気流量調整弁122の弁開度を調節することで、開度に応じた空気流量を供給するように制御してもよい。
The air flow
By doing so, the air flow
For example, when the
Further, the air flow
同様に、空気流量制御部52は、必要な(指定燃料ガスの)燃料ガス流量を改質器3に供給するために、燃料ガス流量調整部22を調整する。具体的には、例えば、燃料ガス流量と燃料ガス流量調整部22の操作量との関係を予め記憶部内のテーブルに記憶しておくことで、当該テーブルに基づいて、必要な燃料ガス流量を供給するための燃料ガス流量調整部22の操作量を設定するようにしてもよい。
そうすることで、空気流量制御部52は、必要な燃料ガス流量になるように、燃料ガス流量調整部22の操作量を制御することができる。
例えば、燃料昇圧機221がインバータを備える場合、空気流量制御部52は、インバータの出力する駆動周波数を指定することで入力された駆動周波数に応じた回転速度で燃料昇圧機221を駆動するように制御してもよい。
また、出力制御部52は、燃料ガス流量調整弁222の弁開度を調節することで、開度に応じた燃料ガス流量を供給するように制御してもよい。
Similarly, the air flow
By doing so, the air flow
For example, when the
Further, the
第2実施形態におけるシステム制御部5は、パワーコンディショナ6の出力調整機能を持ち、系統電源から負荷に供給される電力に応じて、燃料電池システム1の発電出力を調整する。具体的には、分電盤と系統電源との間に配置された電気計測装置によって系統電源から負荷に供給される電力を検出し、この電力の増減に追随して燃料電池システム1の発電出力を増減させる。つまり、システム制御部5は、負荷への供給電力が増えると、燃料電池システム1の発電出力(燃料電池2の電池出力)を上げるように制御し、逆に負荷への供給電力が減ると、燃料電池システム1の発電出力(燃料電池2の電池出力)を下げるように制御する。
The
燃料電池システム1の発電出力制御において、燃料電池2の出力調整とパワーコンディショナ6の出力調整の順序、並びに燃料電池2の出力調整時の燃料ガス流量の制御と空気流量の制御の順序は以下のとおりとすることが好ましい。
In the power generation output control of the fuel cell system 1, the order of the output adjustment of the fuel cell 2 and the output adjustment of the
燃料電池システム1の発電出力を上げる場合、燃料電池2の出力調整を行ってから、パワーコンディショナ6の出力調整を行う。パワーコンディショナ6の出力調整に先行する燃料電池2の出力調整では、空気流量を増加させてから、燃料ガス流量を増加させる。
一方、燃料電池システム1の発電出力を下げる場合、パワーコンディショナ6の出力調整を行ってから、燃料電池2の出力調整を行う。パワーコンディショナ6の出力調整に後行する燃料電池2の出力調整では、燃料ガス流量を減少させてから、空気流量を減少させる。
以上のような順序で操作することにより、燃料電池2で不安定な出力状態を生じさせることなく、燃料電池システム1の発電出力を所望の値に変更することができる。
When the power generation output of the fuel cell system 1 is increased, the output adjustment of the
On the other hand, when the power generation output of the fuel cell system 1 is lowered, the output adjustment of the fuel cell 2 is performed after the output adjustment of the
By operating in the order as described above, the power generation output of the fuel cell system 1 can be changed to a desired value without causing an unstable output state in the fuel cell 2.
燃料電池システム1の発電出力を上げる出力調整において、具体的な操作手順は次のとおりである。
(1)空気流量制御部52は、出力調整後の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力を得ることのできる空気流量を算出し、この空気流量を燃料電池2に供給するように空気流量調整部12を制御する。これにより、燃料電池2に供給される空気流量が増加される。
(2)空気流量が増加されると、燃料ガス流量制御部51は、出力調整後の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力を得ることのできる指定燃料ガス使用時の燃料ガス流量を算出し、この燃料ガス流量を改質器3に供給するように燃料ガス流量調整部22を制御する。これにより、燃料電池2に供給される燃料ガス流量が増加される。
(3)燃料ガス流量が増加されると、システム制御部5は、パワーコンディショナ6の出力調整を行って、燃料電池システム1の発電出力を上げる。これにより、燃料電池システム1の発電出力は、より高い出力状態に移行(例えば、50%出力から定格100%出力に移行)される。
(4)燃料電池システム1の出力調整後は、空気流量制御部52により空気流量が一定に保持された状態で、燃料ガス流量制御部51は、酸素濃度検出器41の検出濃度値が予め設定された目標濃度値になるように、燃料ガス流量をフィードバック制御する。これにより、指定燃料ガスと組成の異なる燃料ガスを使用しても燃料ガス流量が補正されることになり、改質器3に入力される燃料熱量が一定に保たれる。
In the output adjustment for increasing the power generation output of the fuel cell system 1, a specific operation procedure is as follows.
(1) The air flow
(2) When the air flow rate is increased, the fuel gas flow
(3) When the fuel gas flow rate is increased, the
(4) After adjusting the output of the fuel cell system 1, the fuel gas flow
燃料電池システム1の発電出力を下げる出力調整において、具体的な操作手順は次のとおりである。
(1)システム制御部5は、パワーコンディショナ6の出力調整を行って、燃料電池システム1の発電出力を下げる。これにより、燃料電池システム1の発電出力は、より低い出力状態に移行(例えば、定格100%出力から50%出力に移行)される。
(2)パワーコンディショナ6の出力調整がなされると、燃料ガス流量制御部51は、出力調整後の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力を得ることのできる指定燃料ガス使用時の燃料ガス流量を算出し、この燃料ガス流量を改質器3に供給するように燃料ガス流量調整部22を制御する。これにより、燃料電池2に供給される燃料ガス流量に減少される。
(3)燃料ガス流量が減少されると、空気流量制御部52は、出力調整後の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力を得ることのできる空気流量を算出し、この空気流量を燃料電池2に供給するように空気流量調整部12を制御する。これにより、燃料電池2に供給される空気流量が減少される。
(4)燃料電池システム1の出力調整後は、空気流量制御部52により空気流量が一定に保持された状態で、燃料ガス流量制御部51は、酸素濃度検出器41の検出濃度値が予め設定された目標濃度値になるように、燃料ガス流量をフィードバック制御する。これにより、指定燃料ガスと組成の異なる燃料ガスを使用しても燃料ガス流量が補正されることになり、改質器3に入力される燃料熱量が一定に保たれる。
In the output adjustment for reducing the power generation output of the fuel cell system 1, the specific operation procedure is as follows.
(1) The
(2) When the output of the
(3) When the fuel gas flow rate is decreased, the air flow
(4) After adjusting the output of the fuel cell system 1, the fuel gas flow
[変形例]
ここで、燃料ガス流量調整部22を例えば、主調整弁2221と、副調整弁2222と、を備えるように構成してもよい。
具体的には、燃料ガス流量制御部51は、燃料電池システム1の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力が得られるように、主調整弁2221を制御し、また酸素濃度検出器41の検出濃度値が目標濃度値になるように、副調整弁2222を制御するように構成してもよい。
そうすることで、通常状態(指定燃料ガスを用いて発電している状態)では、主調整弁2221の開度を調節することで最適な燃料ガス流量を実現でき、仮に燃料ガスの供給元の変更等により、燃料ガスの組成が若干変化した場合には、主調整弁2221の開度をそのままとして、副調整弁2222を微調整することで、燃料ガスの組成変動に対して改質器3に入力される燃料熱量が一定に保たれるように、燃料ガス流量を適正化することができる。それにより、好適な発電効率を維持できるとともに、燃料電池2の寿命を維持することができる。
[Modification]
Here, the fuel gas flow
Specifically, the fuel gas flow
By doing so, in a normal state (a state where electric power is generated using the designated fuel gas), an optimal fuel gas flow rate can be realized by adjusting the opening of the
[主調整弁2221と副調整弁2222の構成]
副調整弁2222の微調整においては、主調整弁2221による燃料ガス流量に対して、副調整弁2222により燃料ガス流量を増加させる微調整、又は燃料ガス流量を減少させる微調整が必要となる。
[Configuration of
In the fine adjustment of the
主調整弁2221と副調整弁2222とを直列に配置する場合、副調整弁2222は、主調整弁2221よりも下流側に配置することが好ましい。そうすることで、主調整弁2221により調整された燃料ガスの流量を、副調整弁2222により、減少させるように微調整することができる。
When the
また、主調整弁2221と副調整弁2222とを並列に配置する場合、主調整弁2221により調整された燃料ガスの流量に、副調整弁2222の開度を調節することによる燃料ガスの流量が追加される。そうすることで、主調整弁2221により調整された燃料ガスの流量に対して、副調整弁2222による燃料ガスの流量が追加されることで、燃料ガスの流量を、増加させるように微調整することができる。
When the
図2は、本発明の実施形態における燃料ガス流量調整部22の一例を示す概略図である。本実施形態の燃料ガス流量調整弁222は、図2に示すように、主調整弁2221に対して直列に配置される副調整弁2222Sと、主調整弁2221に対して並列に配置される副調整弁2222Pと、を備えるように構成することが好ましい。そうすることで、仮に燃料ガスの供給元の変更等により、燃料ガスの組成が若干変化した場合には、燃料ガス流量制御部51による主調整弁2221での粗調整と、燃料ガス流量制御部51による副調整弁(2222S及び2222P)での微調整との組合せにより、改質器3への燃料ガス流量を適正範囲に調整することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the fuel gas flow
以上、第2実施形態の燃料電池システム1によれば、第1実施形態の奏する効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
燃料電池システム1は、空気供給ラインL1に設けられ、燃料電池2に供給する空気流量を調整する空気流量調整部12と、空気流量調整部12を制御する空気流量制御部53と、を備え、空気流量制御部52は、燃料電池システム1の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力が得られるように、空気流量調整部52を制御し、燃料ガス流量制御部52は、燃料電池システム1の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力が得られるように、燃料ガス流量調整部22を制御する。これにより、系統電源から負荷に供給される電力に応じて、燃料電池システム1の発電出力を調整することができる。
As described above, according to the fuel cell system 1 of the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects exhibited by the first embodiment.
The fuel cell system 1 includes an air flow
また、燃料ガス流量調整部22は、主調整弁2221と、副調整弁2222と、を備え、燃料ガス流量制御部51は、燃料電池システム1の発電出力に応じた燃料電池2の電池出力が得られるように、主調整弁2221を制御し、酸素濃度検出器41の検出濃度値が目標濃度値になるように、副調整弁2222を制御する。
これにより、通常状態(予め設定された所定の組成を有する燃料ガスを用いて発電している状態)では、主調整弁2221の開度を調節することで最適な燃料ガス流量を実現でき、燃料ガスの供給元の変更等により、燃料ガスの組成が若干変化した場合には、副調整弁2222を微調整することで、燃料ガスの組成変動に対して改質器3に入力される燃料熱量が一定に保たれるように、燃料ガス流量を適正化することができる。
The fuel gas flow
Thereby, in a normal state (a state in which power generation is performed using a fuel gas having a predetermined composition set in advance), an optimal fuel gas flow rate can be realized by adjusting the opening of the
本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。燃料電池システム1の構成は、本実施形態におけるシステム構成に限定されない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified within the technical scope described in the claims. The configuration of the fuel cell system 1 is not limited to the system configuration in the present embodiment.
1 燃料電池システム
2 燃料電池
3 改質器
4 燃焼器
L1 空気供給ライン
11 フィルタ
12 空気流量調整部
121 空気ブロワ
122 空気流量調整弁(ダンパを含む)
L2 燃料ガス供給ライン
21 脱硫器
22 燃料ガス流量調整部
221 燃料昇圧機
222 燃料ガス流量調整弁
2221 主調整弁
2222,2222S,2222P 副調整弁
L3 水供給ライン
31 不純物除去部
32 ポンプ
33 蒸発器
L4 燃焼排気ガスライン
41 酸素濃度検出器
5 システム制御部
51 燃料ガス流量制御部
52 空気流量制御部
6 パワーコンディショナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2
L2 Fuel
Claims (3)
予め設定された空気流量を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、
燃料ガスと水から水素を生成し、生成された水素を前記燃料電池に供給する改質器と、
前記燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給ラインと、
前記燃料ガス供給ラインに設けられ、前記改質器に供給する前記燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部と、
水を前記改質器に供給する水供給ラインと、
前記燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から排出される排ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、
前記燃料ガス流量調整部を制御する燃料ガス流量制御部と、を備え、
前記燃料ガス流量制御部は、前記酸素濃度検出器の検出濃度値が予め設定された目標濃度値になるように、前記燃料ガス流量調整部を制御する、燃料電池システム。 A fuel cell;
An air supply line for supplying a preset air flow rate to the fuel cell;
A reformer that generates hydrogen from fuel gas and water, and supplies the generated hydrogen to the fuel cell;
A fuel gas supply line for supplying the fuel gas to the reformer;
A fuel gas flow rate adjusting unit that is provided in the fuel gas supply line and adjusts the flow rate of the fuel gas supplied to the reformer;
A water supply line for supplying water to the reformer;
A combustor for burning off-gas discharged from the fuel cell;
An oxygen concentration detector for detecting the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged from the combustor;
A fuel gas flow rate control unit for controlling the fuel gas flow rate adjustment unit,
The fuel gas flow rate control unit controls the fuel gas flow rate adjustment unit so that a detected concentration value of the oxygen concentration detector becomes a preset target concentration value.
前記空気流量調整部を制御する空気流量制御部と、を備え、
前記空気流量制御部は、燃料電池システムの発電出力に応じた前記燃料電池の電池出力が得られるように、前記空気流量調整部を制御し、
前記燃料ガス流量制御部は、燃料電池システムの発電出力に応じた前記燃料電池の電池出力が得られるように、前記燃料ガス流量調整部を制御する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 An air flow rate adjusting unit that is provided in the air supply line and adjusts an air flow rate supplied to the fuel cell;
An air flow rate control unit for controlling the air flow rate adjustment unit,
The air flow rate control unit controls the air flow rate adjustment unit so as to obtain a battery output of the fuel cell according to a power generation output of the fuel cell system;
The fuel gas flow rate control unit controls the fuel gas flow rate adjustment unit so as to obtain a battery output of the fuel cell according to a power generation output of a fuel cell system;
The fuel cell system according to claim 1.
主調整弁と、
副調整弁と、を備え、
前記燃料ガス流量制御部は、燃料電池システムの発電出力に応じた前記燃料電池の電池出力が得られるように、前記主調整弁を制御し、前記酸素濃度検出器の検出濃度値が前記目標濃度値になるように、前記副調整弁を制御する、
請求項2に記載の燃料電池システム。 The fuel gas flow rate adjusting unit is
A main regulating valve;
A sub-regulator valve,
The fuel gas flow rate control unit controls the main adjustment valve so as to obtain a battery output of the fuel cell according to a power generation output of a fuel cell system, and a detected concentration value of the oxygen concentration detector is set to the target concentration. Controlling the sub-regulator valve so as to become a value,
The fuel cell system according to claim 2.
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Cited By (2)
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-
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- 2016-07-12 JP JP2016137847A patent/JP2018010763A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112786922A (en) * | 2019-11-01 | 2021-05-11 | 株式会社东芝 | Fuel cell system and control method thereof |
CN112786922B (en) * | 2019-11-01 | 2024-04-26 | 株式会社东芝 | Fuel cell system and control method thereof |
CN112820903A (en) * | 2021-01-28 | 2021-05-18 | 重庆凯瑞动力科技有限公司 | Combined type large-flow hydrogen injection device and control method |
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