JP2860208B2 - 燃料電池発電装置の運転制御装置 - Google Patents
燃料電池発電装置の運転制御装置Info
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池発電装置の
運転制御装置に関し、特に負荷急変時の改質原料及び燃
焼空気の流量制御に係るものである。
運転制御装置に関し、特に負荷急変時の改質原料及び燃
焼空気の流量制御に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】図１２は例えば特開昭６２−２９８６８
号公報に示された従来の燃料電池発電システムを示す。
図において、５０はバーナ部５１を有する燃料処理装置
としての改質器、Ｖ１は原料供給調節弁、Ｑ１は原料流
量測定部、Ｃ１は原料流量調節器である。同様に、Ｖ
１，Ｑ２，Ｃ２はそれぞれ水蒸気の調節弁、流量測定
部、流量調節器である。１０は燃料電池で、１１は燃料
室、１２は空気室である。７０は出力制御演算部で、入
力として燃料電池１０の電気負荷に関係する信号を用い
て原料ガスの設定値を演算し出力する。
号公報に示された従来の燃料電池発電システムを示す。
図において、５０はバーナ部５１を有する燃料処理装置
としての改質器、Ｖ１は原料供給調節弁、Ｑ１は原料流
量測定部、Ｃ１は原料流量調節器である。同様に、Ｖ
１，Ｑ２，Ｃ２はそれぞれ水蒸気の調節弁、流量測定
部、流量調節器である。１０は燃料電池で、１１は燃料
室、１２は空気室である。７０は出力制御演算部で、入
力として燃料電池１０の電気負荷に関係する信号を用い
て原料ガスの設定値を演算し出力する。
【０００３】次に動作について説明する。なお、原料ガ
スとして都市ガスを用いた場合、都市ガス中には付臭剤
として改質触媒の活性を低下させる硫黄化合物が含まれ
るため、これを除去するための脱硫反応器と、改質器で
改質されたガス（以後、改質ガスと呼ぶ）中に含まれる
一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる一酸化炭素変成器
とを必要とするが、この図１２ではこれを省略して説明
する。
スとして都市ガスを用いた場合、都市ガス中には付臭剤
として改質触媒の活性を低下させる硫黄化合物が含まれ
るため、これを除去するための脱硫反応器と、改質器で
改質されたガス（以後、改質ガスと呼ぶ）中に含まれる
一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる一酸化炭素変成器
とを必要とするが、この図１２ではこれを省略して説明
する。
【０００４】燃料電池１０の燃料である水素と酸素は、
それぞれ改質ガスおよび空気として供給される。改質反
応の原料は都市ガスおよびスチームであり、原料流量調
節弁Ｖ１により制御された都市ガスと水蒸気流量調節弁
Ｖ２により制御されたスチームは混合されて、改質器５
０に送られ、燃料電池１０の燃料ガスとなる。
それぞれ改質ガスおよび空気として供給される。改質反
応の原料は都市ガスおよびスチームであり、原料流量調
節弁Ｖ１により制御された都市ガスと水蒸気流量調節弁
Ｖ２により制御されたスチームは混合されて、改質器５
０に送られ、燃料電池１０の燃料ガスとなる。
【０００５】この燃料ガスは、燃料流量調節弁１３を通
って燃料電池１０の燃料室１１に供給される。燃料室１
１をでた燃料排ガスは、燃料処理装置としての改質器５
０のバーナ部５１へ送られ、改質反応に必要な熱源とし
て燃焼される。
って燃料電池１０の燃料室１１に供給される。燃料室１
１をでた燃料排ガスは、燃料処理装置としての改質器５
０のバーナ部５１へ送られ、改質反応に必要な熱源とし
て燃焼される。
【０００６】原料となるガスの流量及び空気の流量は燃
料電池１０の出力を基に出力制御演算部７０により演算
されて求められる。この演算は、電池出力と水素利用
率、空気利用率やメタン分解率などを基にして行うこと
ができる。出力制御演算部７０で求められた流量設定値
Ｓ０を各流量調節器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に同時に送ること
により、各ガス量の制御が行われる。
料電池１０の出力を基に出力制御演算部７０により演算
されて求められる。この演算は、電池出力と水素利用
率、空気利用率やメタン分解率などを基にして行うこと
ができる。出力制御演算部７０で求められた流量設定値
Ｓ０を各流量調節器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に同時に送ること
により、各ガス量の制御が行われる。
【０００７】例えば、原料ガスでは、原料ガス流量調節
部Ｃ１において、与えられた流量設定値と、流量測定部
Ｑ１で検出された測定値とを比較し、その偏差が零にな
るように原料ガス流量調節弁Ｖ１の開度を制御する。こ
の制御を常に行うことにより、燃料電池１０に必要なガ
スを供給することができる。スチーム、燃料ガスの流量
制御についても、原料ガスの制御と同様である。
部Ｃ１において、与えられた流量設定値と、流量測定部
Ｑ１で検出された測定値とを比較し、その偏差が零にな
るように原料ガス流量調節弁Ｖ１の開度を制御する。こ
の制御を常に行うことにより、燃料電池１０に必要なガ
スを供給することができる。スチーム、燃料ガスの流量
制御についても、原料ガスの制御と同様である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池システ
ムは以上のように構成されているために、燃料電池１０
の負荷が急激に変化した場合にも各ガスの流量を設定値
に合せる制御を行うことになるので、制御の安定化の動
作が調節弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉動作を遅らせ、ガス
量の不足又は過剰を生じさせていた。
ムは以上のように構成されているために、燃料電池１０
の負荷が急激に変化した場合にも各ガスの流量を設定値
に合せる制御を行うことになるので、制御の安定化の動
作が調節弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉動作を遅らせ、ガス
量の不足又は過剰を生じさせていた。
【０００９】また、燃料ガスの制御を燃料ガス調節弁Ｖ
３で行っているため、原料ガス（都市ガス、スチーム）
の制御と２重制御となり、構成が複雑となっていた。
３で行っているため、原料ガス（都市ガス、スチーム）
の制御と２重制御となり、構成が複雑となっていた。
【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、負荷が急激に変化した場合でも
原料ガスを電池に必要な流量流せるような流量調節弁の
制御を行い得ると共に、流量調節系を削減して構成が簡
素な装置を得ることを目的としており、さらに、改質器
の温度制御についても温度変化が少なく構成が簡素とな
る燃料電池発電装置の運転制御装置を得ることを目的と
している。
ためになされたもので、負荷が急激に変化した場合でも
原料ガスを電池に必要な流量流せるような流量調節弁の
制御を行い得ると共に、流量調節系を削減して構成が簡
素な装置を得ることを目的としており、さらに、改質器
の温度制御についても温度変化が少なく構成が簡素とな
る燃料電池発電装置の運転制御装置を得ることを目的と
している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る燃料電池発電装置の運転制御装置は、原料ガス調節弁
とスチーム調節弁とにより流量制御された混合ガスを燃
料改質する改質器と、この改質器で改質された燃料ガス
の供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直
流出力を交流に変換して負荷に供給する直交変換装置
と、この直交変換装置の出力と与えられる設定値とに基
づいて上記各調節弁の開度を制御する制御手段とを備え
た燃料電池発電装置の運転制御装置において、上記直交
変換装置の出力に基づいて負荷の急変を検出する負荷検
出部を備えると共に、上記制御手段として、上記直交変
換装置から出力される電流値に基づいて上記各調整弁の
開度を演算して演算結果を開度指示値として出力する第
１の演算器と、上記直交変換装置から出力される今回測
定時の電流値と前回測定時の電流値との差で与えられる
電流増減分に応じた開度増減量を求め、求めた開度増減
量を上記各調整弁の現開度に加算して開度指示値として
出力する第２の演算器と、上記負荷検出部による負荷急
変検出時には、設定時間のみ上記第２の演算器による開
度指示値を上記各調整弁に与えると共に、設定時間経過
後は上記第１の演算器による開度指示値を上記各調整弁
に与えるよう切り換える切換器とを備えたものである。
る燃料電池発電装置の運転制御装置は、原料ガス調節弁
とスチーム調節弁とにより流量制御された混合ガスを燃
料改質する改質器と、この改質器で改質された燃料ガス
の供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直
流出力を交流に変換して負荷に供給する直交変換装置
と、この直交変換装置の出力と与えられる設定値とに基
づいて上記各調節弁の開度を制御する制御手段とを備え
た燃料電池発電装置の運転制御装置において、上記直交
変換装置の出力に基づいて負荷の急変を検出する負荷検
出部を備えると共に、上記制御手段として、上記直交変
換装置から出力される電流値に基づいて上記各調整弁の
開度を演算して演算結果を開度指示値として出力する第
１の演算器と、上記直交変換装置から出力される今回測
定時の電流値と前回測定時の電流値との差で与えられる
電流増減分に応じた開度増減量を求め、求めた開度増減
量を上記各調整弁の現開度に加算して開度指示値として
出力する第２の演算器と、上記負荷検出部による負荷急
変検出時には、設定時間のみ上記第２の演算器による開
度指示値を上記各調整弁に与えると共に、設定時間経過
後は上記第１の演算器による開度指示値を上記各調整弁
に与えるよう切り換える切換器とを備えたものである。
【００１２】また、請求項２に係る燃料電池発電装置の
運転制御装置は、原料ガス調節弁とスチーム調節弁とに
より流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器と、
この改質器のバーナ部への燃焼空気を供給制御する燃焼
空気調節弁と、上記改質器で改質された燃料ガスの供給
を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直流出力
を交流に変換して負荷に供給する直交変換装置と、この
直交変換装置の出力と与えられる設定値とに基づいて上
記各調節弁の開度を制御する制御手段とを備えた燃料電
池発電装置の運転制御装置において、上記直交変換装置
の出力に基づいて負荷の急変を検出する負荷検出部を備
えると共に、上記燃焼空気調節弁の制御手段として、上
記直交変換装置から出力される電流値に基づいて上記燃
焼空気調整弁の開度を演算して演算結果を開度指示値と
して出力する第１の演算器と、上記直交変換装置から出
力される今回測定時の電流値と前回測定時の電流値との
差で与えられる電流増減分に応じた開度増減量を求め、
求めた開度増減量を上記燃焼空気調整弁の現開度に加算
して開度指示値として出力する第２の演算器と、この負
荷検出部による負荷急変検出時には、設定時間のみ上記
第２の演算器による開度指示値を上記燃焼空気調整弁に
与えると共に、設定時間経過後は上記第１の演算器によ
る開度指示値を上記燃焼空気調整弁に与えるよう切り換
える切換器とを備えたものである。
運転制御装置は、原料ガス調節弁とスチーム調節弁とに
より流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器と、
この改質器のバーナ部への燃焼空気を供給制御する燃焼
空気調節弁と、上記改質器で改質された燃料ガスの供給
を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直流出力
を交流に変換して負荷に供給する直交変換装置と、この
直交変換装置の出力と与えられる設定値とに基づいて上
記各調節弁の開度を制御する制御手段とを備えた燃料電
池発電装置の運転制御装置において、上記直交変換装置
の出力に基づいて負荷の急変を検出する負荷検出部を備
えると共に、上記燃焼空気調節弁の制御手段として、上
記直交変換装置から出力される電流値に基づいて上記燃
焼空気調整弁の開度を演算して演算結果を開度指示値と
して出力する第１の演算器と、上記直交変換装置から出
力される今回測定時の電流値と前回測定時の電流値との
差で与えられる電流増減分に応じた開度増減量を求め、
求めた開度増減量を上記燃焼空気調整弁の現開度に加算
して開度指示値として出力する第２の演算器と、この負
荷検出部による負荷急変検出時には、設定時間のみ上記
第２の演算器による開度指示値を上記燃焼空気調整弁に
与えると共に、設定時間経過後は上記第１の演算器によ
る開度指示値を上記燃焼空気調整弁に与えるよう切り換
える切換器とを備えたものである。
【００１３】さらに、請求項３に係る燃料電池発電装置
の運転制御装置は、原料ガス調節弁とスチーム調節弁と
により流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器
と、この改質器のバーナ部への燃焼空気を供給制御する
燃焼空気調節弁と、上記改質器で改質された燃料ガスの
供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直流
出力を交流に変換して負荷に供給する直交変換装置と、
この直交変換装置の出力と与えられる設定値とに基づい
て上記各調節弁の開度を制御する制御手段とを備えた燃
料電池発電装置の運転制御装置において、上記改質器の
温度を検出する温度検出器とを備えると共に、上記燃焼
空気調節弁の制御手段として、上記温度検出器と上記負
荷検出部の出力に基づいて安定運転時に改質器温度が設
定値になるよう上記燃焼空気調整弁の開度を演算して演
算結果を開度指示値として出力する第１の演算器と、上
記温度検出器の出力に基づいて改質器温度と設定値との
差に応じた空気過剰率の補正係数を求める第３の演算器
と、上記直交変換装置からの出力と上記燃焼空気調整弁
への開度指示値及び上記第３の演算器からの空気過剰率
の補正係数の入力に基づいて負荷急変検出時に通常運転
時の空気過剰率に補正係数をかけて上記燃焼空気調節弁
の開度を補正した開度指示値を演算する第２の演算器
と、負荷検出部による負荷急変検出時には、設定時間の
み上記第２の演算器による開度指示値を上記燃焼空気調
整弁に与えると共に、設定時間経過後は上記第１の演算
器による開度指示値を上記燃焼空気調整弁に与えるよう
切り換える切換器とを備えたものである。
の運転制御装置は、原料ガス調節弁とスチーム調節弁と
により流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器
と、この改質器のバーナ部への燃焼空気を供給制御する
燃焼空気調節弁と、上記改質器で改質された燃料ガスの
供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直流
出力を交流に変換して負荷に供給する直交変換装置と、
この直交変換装置の出力と与えられる設定値とに基づい
て上記各調節弁の開度を制御する制御手段とを備えた燃
料電池発電装置の運転制御装置において、上記改質器の
温度を検出する温度検出器とを備えると共に、上記燃焼
空気調節弁の制御手段として、上記温度検出器と上記負
荷検出部の出力に基づいて安定運転時に改質器温度が設
定値になるよう上記燃焼空気調整弁の開度を演算して演
算結果を開度指示値として出力する第１の演算器と、上
記温度検出器の出力に基づいて改質器温度と設定値との
差に応じた空気過剰率の補正係数を求める第３の演算器
と、上記直交変換装置からの出力と上記燃焼空気調整弁
への開度指示値及び上記第３の演算器からの空気過剰率
の補正係数の入力に基づいて負荷急変検出時に通常運転
時の空気過剰率に補正係数をかけて上記燃焼空気調節弁
の開度を補正した開度指示値を演算する第２の演算器
と、負荷検出部による負荷急変検出時には、設定時間の
み上記第２の演算器による開度指示値を上記燃焼空気調
整弁に与えると共に、設定時間経過後は上記第１の演算
器による開度指示値を上記燃焼空気調整弁に与えるよう
切り換える切換器とを備えたものである。
【００１４】
【作用】この発明の請求項１においては、原料ガス流量
の負荷急変時に早い応答性が可能となる。
の負荷急変時に早い応答性が可能となる。
【００１５】また、請求項２では、燃焼空気の流量制御
の応答性が速くなるので、安定した改質反応が得られ
る。
の応答性が速くなるので、安定した改質反応が得られ
る。
【００１６】さらに、請求項３では、原料流量と改質器
の反応管温度設定値により、燃焼空気の設定値を補正す
るので、改質器の温度がさらに安定し、また、負荷に見
合った反応管温度への制御ができ、安定したシステムが
構築できる。
の反応管温度設定値により、燃焼空気の設定値を補正す
るので、改質器の温度がさらに安定し、また、負荷に見
合った反応管温度への制御ができ、安定したシステムが
構築できる。
【００１７】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１０は水素−酸素型の燃料電池
で、燃料室１１，空気室１２，電極１３および１４なら
びに電解液含浸マトリックスから構成されており、上記
空気室１２には、空気ブロワ１７を介して空気が供給さ
れている。
する。図１において、１０は水素−酸素型の燃料電池
で、燃料室１１，空気室１２，電極１３および１４なら
びに電解液含浸マトリックスから構成されており、上記
空気室１２には、空気ブロワ１７を介して空気が供給さ
れている。
【００１８】６０は燃料電池１０の出力を交流電力に変
換する直交変換装置、５０は原料ガス調節弁Ｖ１とスチ
ーム調節弁Ｖ２により流量制御された混合ガスを水蒸気
改質して燃料電池１０の燃料ガスとして燃料室１１に供
給する改質器である。なお、図１では脱硫器、一酸化炭
素変成器等、この発明に特に関連しない機器は省いてい
る。
換する直交変換装置、５０は原料ガス調節弁Ｖ１とスチ
ーム調節弁Ｖ２により流量制御された混合ガスを水蒸気
改質して燃料電池１０の燃料ガスとして燃料室１１に供
給する改質器である。なお、図１では脱硫器、一酸化炭
素変成器等、この発明に特に関連しない機器は省いてい
る。
【００１９】上記燃料室１１よりでた排ガスは、改質器
５０のバーナ部５１に還流され、空気ブロワ１７より供
給される燃焼空気により燃焼し、改質反応の熱源とな
る。
５０のバーナ部５１に還流され、空気ブロワ１７より供
給される燃焼空気により燃焼し、改質反応の熱源とな
る。
【００２０】燃料電池発電システムにおいては、高い効
率を得るために燃料電池１０の特性と改質効率の相方を
考慮して、水素利用率が決定される。この利用率と各機
器の損失分を加算して、燃料電池１０の負荷に相当する
原料である都市ガスとスチームの流量が決定される。こ
の流量は、安定運転時にはプロセス内の変動や外乱に対
して設定値との偏差が零となるように制御される。
率を得るために燃料電池１０の特性と改質効率の相方を
考慮して、水素利用率が決定される。この利用率と各機
器の損失分を加算して、燃料電池１０の負荷に相当する
原料である都市ガスとスチームの流量が決定される。こ
の流量は、安定運転時にはプロセス内の変動や外乱に対
して設定値との偏差が零となるように制御される。
【００２１】しかし、急激な負荷の変化に対しては、図
７（ｂ）に示すように、原料およびスチーム流量が、む
だ時間及び制御の一次遅れ時間により、適正流量に追い
つかない。このため、直交変換装置６０により負荷に見
合う電流が取り出され、図７（ｄ）に示すように電池電
圧が低下する。
７（ｂ）に示すように、原料およびスチーム流量が、む
だ時間及び制御の一次遅れ時間により、適正流量に追い
つかない。このため、直交変換装置６０により負荷に見
合う電流が取り出され、図７（ｄ）に示すように電池電
圧が低下する。
【００２２】そして、図７（ｃ）に示すような水素利用
率が高い運転は、電池性能の劣化につながるものであ
る。このために、水素利用率を早く定常時の値に戻すよ
うに、ガス流量の制御を行う必要がある。
率が高い運転は、電池性能の劣化につながるものであ
る。このために、水素利用率を早く定常時の値に戻すよ
うに、ガス流量の制御を行う必要がある。
【００２３】負荷が急激に変化した場合、負荷検出器７
１は直交変換装置６０の電池電流値に基づいて負荷の急
変を検知し検出信号を切換器７２に送出する。また、第
２の演算器７４は、電池電流値の前回測定値との差を演
算し、予め与えられた調節弁の開度と負荷変化量との関
数より負荷変化量に応じた開度を求め、調節弁Ｖ１，Ｖ
２の現状値に求めた開度を加算し、調節弁Ｖ１，Ｖ２に
切換器７２を介して開度信号を与える。
１は直交変換装置６０の電池電流値に基づいて負荷の急
変を検知し検出信号を切換器７２に送出する。また、第
２の演算器７４は、電池電流値の前回測定値との差を演
算し、予め与えられた調節弁の開度と負荷変化量との関
数より負荷変化量に応じた開度を求め、調節弁Ｖ１，Ｖ
２の現状値に求めた開度を加算し、調節弁Ｖ１，Ｖ２に
切換器７２を介して開度信号を与える。
【００２４】この時、切換器７２は負荷検出器７１から
の負荷急変時の検出信号により、負荷急変後一定時間の
み第２の演算器７４の出力が調節弁Ｖ１，Ｖ２に与えら
れるように、信号を切り換える。
の負荷急変時の検出信号により、負荷急変後一定時間の
み第２の演算器７４の出力が調節弁Ｖ１，Ｖ２に与えら
れるように、信号を切り換える。
【００２５】図２に上述した原料流量調節について詳細
を示す。図２において、直交変換装置６０より、電池電
流値が負荷検出器７１と第２の演算器７４に送られる。
第２の演算器７４では、前回の電流値と今回の電流値の
差を求め、その差に対応した調節弁の開度を求める。一
般に、調節弁は、図３に示すように、調節弁の開度Ｖと
流量Ｑとがリニアになるものを選定することが可能で、
このため、電流増加分に見合う原料流量増加分と調節弁
開度との差は、図４に示す関係がある。
を示す。図２において、直交変換装置６０より、電池電
流値が負荷検出器７１と第２の演算器７４に送られる。
第２の演算器７４では、前回の電流値と今回の電流値の
差を求め、その差に対応した調節弁の開度を求める。一
般に、調節弁は、図３に示すように、調節弁の開度Ｖと
流量Ｑとがリニアになるものを選定することが可能で、
このため、電流増加分に見合う原料流量増加分と調節弁
開度との差は、図４に示す関係がある。
【００２６】上記第２の演算器７４では、図５に示すよ
うに、調節弁開度増減量と電流増減分との関数Ｆと現状
の開度より、開くべく開度を演算する。また、負荷検出
器７１では設定値以上の電流の急変を検出し、設定した
時間、切換器７２を動作させる。さらに、切換器７２で
は、電池電流の急変検出後一定時間のみ、第２の演算器
７４で求めた調節弁開度信号を出力器７５に与え、調節
弁Ｖ１の開度を一定に保持する。
うに、調節弁開度増減量と電流増減分との関数Ｆと現状
の開度より、開くべく開度を演算する。また、負荷検出
器７１では設定値以上の電流の急変を検出し、設定した
時間、切換器７２を動作させる。さらに、切換器７２で
は、電池電流の急変検出後一定時間のみ、第２の演算器
７４で求めた調節弁開度信号を出力器７５に与え、調節
弁Ｖ１の開度を一定に保持する。
【００２７】開度保持された調節弁Ｖ１は、流量制御を
行いながら開く時に比べ、その流量変化を早く行うこと
ができる。図８にこの制御方法による流量の変化を示
す。設定時間が経過すると、切換器７２は第１の演算器
７３により求まる流量制御による調節弁開度を出力器７
５に与える。このため、流量が安定し、負荷に見合う流
量が保持される。
行いながら開く時に比べ、その流量変化を早く行うこと
ができる。図８にこの制御方法による流量の変化を示
す。設定時間が経過すると、切換器７２は第１の演算器
７３により求まる流量制御による調節弁開度を出力器７
５に与える。このため、流量が安定し、負荷に見合う流
量が保持される。
【００２８】図５において、電流値より直接開度指示値
を求める方法も考えられるが、その場合、長期運転後に
は、プラント内の改質器５０の触媒が劣化または粉砕さ
れ、一般に系内圧力が高くなるために、初期運転時と同
じ開度関数を使用できないという問題点がある。
を求める方法も考えられるが、その場合、長期運転後に
は、プラント内の改質器５０の触媒が劣化または粉砕さ
れ、一般に系内圧力が高くなるために、初期運転時と同
じ開度関数を使用できないという問題点がある。
【００２９】この実施例の場合にも厳密には同じ関数と
はならないが、現状開度に増減量を加算する方法をとる
ため、経年変化の影響が少なく、無視できる量となる。
はならないが、現状開度に増減量を加算する方法をとる
ため、経年変化の影響が少なく、無視できる量となる。
【００３０】なお、図２において、電池電流値から必要
なガス量を求める演算を第１の演算器７３と第２の演算
器７４の各々に持たせているが、流量演算を１つの演算
器にまとめても良い。
なガス量を求める演算を第１の演算器７３と第２の演算
器７４の各々に持たせているが、流量演算を１つの演算
器にまとめても良い。
【００３１】実施例２．なお、上記実施例では改質系の
原料となる都市ガスとスチームの流量制御について示し
たが、燃料電池１０の空気室１２に与える空気流量の制
御についても、同じ制御方法を用いても良い。
原料となる都市ガスとスチームの流量制御について示し
たが、燃料電池１０の空気室１２に与える空気流量の制
御についても、同じ制御方法を用いても良い。
【００３２】図６にその実施例２を示す。図６におい
て、Ｖ３は空気流量調節弁、Ｑ３は空気流量計である。
７１は負荷検出器、７２は切換器、７６は第１の演算
器、７７は第２の演算器である。
て、Ｖ３は空気流量調節弁、Ｑ３は空気流量計である。
７１は負荷検出器、７２は切換器、７６は第１の演算
器、７７は第２の演算器である。
【００３３】電池が必要とする空気の流量は、電池電流
と空気利用率及び換算定数より算出することができる。
安定運転時は、この設定値になるように流量制御を流量
調節器Ｃ３により行い、負荷急変時には、第２の演算器
７７より求める開度を切換器７２を介して出力して、流
量の応答を向上させる。流量の応答は、図８に示す原料
流量の応答と同様である。
と空気利用率及び換算定数より算出することができる。
安定運転時は、この設定値になるように流量制御を流量
調節器Ｃ３により行い、負荷急変時には、第２の演算器
７７より求める開度を切換器７２を介して出力して、流
量の応答を向上させる。流量の応答は、図８に示す原料
流量の応答と同様である。
【００３４】さらに、図６では空気ブロワ１７の下流に
調節弁１３を入れ、調節弁の開度により、空気流量制御
を行う方法を示しているが、空気ブロワ１７にインバー
タを備えて、インバータの回転数を制御する場合におい
ても同様な効果が得られる。
調節弁１３を入れ、調節弁の開度により、空気流量制御
を行う方法を示しているが、空気ブロワ１７にインバー
タを備えて、インバータの回転数を制御する場合におい
ても同様な効果が得られる。
【００３５】また、空気ブロワ１７にインバータを備
え、調節弁も併用しているシステムにおいては、空気流
量に設定値を設け、設定値以上でインバータ制御、設定
値以下で調節弁制御と制御対象を分けることにより、同
様な効果を得ることができる。
え、調節弁も併用しているシステムにおいては、空気流
量に設定値を設け、設定値以上でインバータ制御、設定
値以下で調節弁制御と制御対象を分けることにより、同
様な効果を得ることができる。
【００３６】実施例３．次に、図９にこの発明の請求項
２に係る燃焼空気流量制御を示す。図９において、新た
な構成として、７８は燃焼空気調節弁Ｖ４の開度を求め
る第１の演算器、７９は負荷急変時の調節弁Ｖ４の開度
を求める第２の演算器、８０は制限器、Ｑ４は空気流量
測定部、Ｃ４は流量調節器である。なお、図９には説明
を簡単化するために図１に示す第１と第２の演算器７３
と７４及び出力器７５が省略されているが、これら構成
を備えて原料ガスとスチームを流量制御するものとす
る。
２に係る燃焼空気流量制御を示す。図９において、新た
な構成として、７８は燃焼空気調節弁Ｖ４の開度を求め
る第１の演算器、７９は負荷急変時の調節弁Ｖ４の開度
を求める第２の演算器、８０は制限器、Ｑ４は空気流量
測定部、Ｃ４は流量調節器である。なお、図９には説明
を簡単化するために図１に示す第１と第２の演算器７３
と７４及び出力器７５が省略されているが、これら構成
を備えて原料ガスとスチームを流量制御するものとす
る。
【００３７】燃焼空気の流量は、原料流量より得られる
水素量より電池電流より演算される燃料電池１０の水素
消費量を引いた排ガス中の水素量に、必要燃焼空気の比
率を乗することができる。 ＱAIR ＝｛ＱH2 −ＦH2（Ｉ）｝×Ｋ×Ｊ ＱAIR ：燃焼空気量 ＱH2 ：改質反応により発生する水素量 ＦH2（Ｉ）：燃料電池での水素消費量 Ｉ：電池電流 Ｋ：水素に対する必要な空気の比 Ｊ：空気過剰率
水素量より電池電流より演算される燃料電池１０の水素
消費量を引いた排ガス中の水素量に、必要燃焼空気の比
率を乗することができる。 ＱAIR ＝｛ＱH2 −ＦH2（Ｉ）｝×Ｋ×Ｊ ＱAIR ：燃焼空気量 ＱH2 ：改質反応により発生する水素量 ＦH2（Ｉ）：燃料電池での水素消費量 Ｉ：電池電流 Ｋ：水素に対する必要な空気の比 Ｊ：空気過剰率
【００３８】負荷が急変した場合、切換器７２により第
２の演算器７９の出力を調節弁指示値とする。燃焼空気
流量は最低流量を確保するため、演算器７９の出力に制
限器８０を用いている。その他の調節弁開度と流量との
関係は実施例１と同様である。
２の演算器７９の出力を調節弁指示値とする。燃焼空気
流量は最低流量を確保するため、演算器７９の出力に制
限器８０を用いている。その他の調節弁開度と流量との
関係は実施例１と同様である。
【００３９】従って、上記実施例によれば、排ガス中の
水素量に対応する空気量を早く流すため、改質器５０の
反応温度を上げ過ぎたり、下げ過ぎたりせず、安定した
改質系を供することができる。
水素量に対応する空気量を早く流すため、改質器５０の
反応温度を上げ過ぎたり、下げ過ぎたりせず、安定した
改質系を供することができる。
【００４０】実施例４．次に、図１０にこの発明の請求
項３に係る燃焼空気流量制御を示す。実施例３において
は、燃焼空気流量は空気過剰率を定数とする関数で表わ
されることを示したが、この実施例４では改質器５０の
温度変化を少なくするために、空気過剰率を改質器５０
の代表温度の関数とする。
項３に係る燃焼空気流量制御を示す。実施例３において
は、燃焼空気流量は空気過剰率を定数とする関数で表わ
されることを示したが、この実施例４では改質器５０の
温度変化を少なくするために、空気過剰率を改質器５０
の代表温度の関数とする。
【００４１】図９に対し比較して示す図１０において、
９０は改質器の代表温度を測定する温度計、８２はその
温度より空気過剰率を求める第３の演算器である。温度
計９０よりの出力は安定運転時には改質器温度が設定値
になるように、第１の演算器８１で流量が設定され、調
節器Ｃ４で制御されている。負荷が急激に変化した場合
に、第３の演算器８２ににて空気過剰率Ｊを演算し、そ
の出力を第２の演算器７９に与える。第２の演算器以後
の処理については、実施例３の請求項２で示した場合と
同じである。
９０は改質器の代表温度を測定する温度計、８２はその
温度より空気過剰率を求める第３の演算器である。温度
計９０よりの出力は安定運転時には改質器温度が設定値
になるように、第１の演算器８１で流量が設定され、調
節器Ｃ４で制御されている。負荷が急激に変化した場合
に、第３の演算器８２ににて空気過剰率Ｊを演算し、そ
の出力を第２の演算器７９に与える。第２の演算器以後
の処理については、実施例３の請求項２で示した場合と
同じである。
【００４２】図１１に第３の演算器８２の詳細を示す。
改質器代表温度と設定値の差を求め、この差を関数とす
る比率を設定された空気過剰率ＪS に乗することによ
り、流量演算に使用する空気過剰率Ｊを求める。
改質器代表温度と設定値の差を求め、この差を関数とす
る比率を設定された空気過剰率ＪS に乗することによ
り、流量演算に使用する空気過剰率Ｊを求める。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、原料流量の調節弁の現状開度に対し、負荷急変時
に設定流量に相当する開度を加えた制御を追加したの
で、負荷応答の良い運転制御が可能となる。
れば、原料流量の調節弁の現状開度に対し、負荷急変時
に設定流量に相当する開度を加えた制御を追加したの
で、負荷応答の良い運転制御が可能となる。
【００４４】また、請求項２によれば、燃焼空気流量制
御に開度制御を用いたことにより、改質器の温度変化が
少ない運転制御が可能となる。
御に開度制御を用いたことにより、改質器の温度変化が
少ない運転制御が可能となる。
【００４５】さらに、請求項３によれば、請求項２の燃
焼空気流量制御に、改質器温度の補正を行うので、改質
器の温度変化をより小さくすることが可能となる。
焼空気流量制御に、改質器温度の補正を行うので、改質
器の温度変化をより小さくすることが可能となる。
【図１】この発明の請求項１に係る実施例１による制御
系統を示す系統図である。
系統を示す系統図である。
【図２】図１の演算器を示すシステム図である。
【図３】調節弁開度と流量との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図４】流量の変化量と開度差分を示すグラフである。
【図５】負荷変化量から開度指示値を求めるフロー図で
ある。
ある。
【図６】この発明の請求項１に係る実施例２による制御
系統を示す系統図である。
系統を示す系統図である。
【図７】従来の装置による流量制御による状態を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図８】この発明による状態を示すグラフである。
【図９】この発明の請求項２に係る実施例３による制御
系統を示す系統図である。
系統を示す系統図である。
【図１０】この発明の請求項３に係る実施例４による制
御系統を示す系統図である。
御系統を示す系統図である。
【図１１】この発明の請求項３で用いる補正係数の演算
を示すフロー図である。
を示すフロー図である。
【図１２】従来の運転制御方法による制御系統を示す系
統図である。
統図である。
１０ 燃料電池 ５０ 改質器 ５１ バーナ ６０ 直交変換装置 ７１ 負荷検出器 ７２ 切換器 ７４ 第２の演算器 ８０ 制限器 ８２ 第３の演算器 ９０ 温度検出器
Claims (3)
- 【請求項１】 原料ガス調節弁とスチーム調節弁とによ
り流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器と、こ
の改質器で改質された燃料ガスの供給を受けて発電する
燃料電池と、この燃料電池の直流出力を交流に変換して
負荷に供給する直交変換装置と、この直交変換装置の出
力と与えられる設定値とに基づいて上記各調節弁の開度
を制御する制御手段とを備えた燃料電池発電装置の運転
制御装置において、上記直交変換装置の出力に基づいて
負荷の急変を検出する負荷検出部を備えると共に、上記
制御手段として、上記直交変換装置から出力される電流
値に基づいて上記各調整弁の開度を演算して演算結果を
開度指示値として出力する第１の演算器と、上記直交変
換装置から出力される今回測定時の電流値と前回測定時
の電流値との差で与えられる電流増減分に応じた開度増
減量を求め、求めた開度増減量を上記各調整弁の現開度
に加算して開度指示値として出力する第２の演算器と、
上記負荷検出部による負荷急変検出時には、設定時間の
み上記第２の演算器による開度指示値を上記各調整弁に
与えると共に、設定時間経過後は上記第１の演算器によ
る開度指示値を上記各調整弁に与えるよう切り換える切
換器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置の運
転制御装置。 - 【請求項２】 原料ガス調節弁とスチーム調節弁とによ
り流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器と、こ
の改質器のバーナ部への燃焼空気を供給制御する燃焼空
気調節弁と、上記改質器で改質された燃料ガスの供給を
受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直流出力を
交流に変換して負荷に供給する直交変換装置と、この直
交変換装置の出力と与えられる設定値とに基づいて上記
各調節弁の開度を制御する制御手段とを備えた燃料電池
発電装置の運転制御装置において、上記直交変換装置の
出力に基づいて負荷の急変を検出する負荷検出部を備え
ると共に、上記燃焼空気調節弁の制御手段として、上記
直交変換装置から出力される電流値に基づいて上記燃焼
空気調整弁の開度を演算して演算結果を開度指示値とし
て出力する第１の演算器と、上記直交変換装置から出力
される今回測定時の電流値と前回測定時の電流値との差
で与えられる電流増減分に応じた開度増減量を求め、求
めた開度増減量を上記燃焼空気調整弁の現開度に加算し
て開度指示値として出力する第２の演算器と、この負荷
検出部による負荷急変検出時には、 設定時間のみ上記第
２の演算器による開度指示値を上記燃焼空気調整弁に与
えると共に、設定時間経過後は上記第１の演算器による
開度指示値を上記燃焼空気調整弁に与えるよう切り換え
る切換器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置
の運転制御装置。 - 【請求項３】 原料ガス調節弁とスチーム調節弁とによ
り流量制御された混合ガスを燃料改質する改質器と、こ
の改質器のバーナ部への燃焼空気を供給制御する燃焼空
気調節弁と、上記改質器で改質された燃料ガスの供給を
受けて発電する燃料電池と、この燃料電池の直流出力を
交流に変換して負荷に供給する直交変換装置と、この直
交変換装置の出力と与えられる設定値とに基づいて上記
各調節弁の開度を制御する制御手段とを備えた燃料電池
発電装置の運転制御装置において、上記改質器の温度を
検出する温度検出器と、上記直交変換装置の出力に基づ
いて負荷の急変を検出する負荷検出部とを備えると共
に、上記燃焼空気調節弁の制御手段として、上記温度検
出器と上記負荷検出部の出力に基づいて安定運転時に改
質器温度が設定値になるよう上記燃焼空気調整弁の開度
を演算して演算結果を開度指示値として出力する第１の
演算器と、上記温度検出器の出力に基づいて改質器温度
と設定値との差に応じた空気過剰率の補正係数を求める
第３の演算器と、上記直交変換装置からの出力と上記燃
焼空気調整弁への開度指示値及び上記第３の演算器から
の空気過剰率の補正係数の入力に基づいて負荷急変検出
時に通常運転時の空気過剰率に補正係数をかけて上記燃
焼空気調節弁の開度を補正した開度指示値を演算する第
２の演算器と、負荷検出部による負荷急変検出時には、
設定時間のみ上記第２の演算器による開度指示値を上記
燃焼空気調整弁に与えると共に、設定時間経過後は上記
第１の演算器による開度指示値を上記燃焼空気調整弁に
与えるよう切り換える切換器とを備えたことを特徴とす
る燃料電池発電装置の運転制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4227176A JP2860208B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 燃料電池発電装置の運転制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4227176A JP2860208B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 燃料電池発電装置の運転制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676846A JPH0676846A (ja) | 1994-03-18 |
| JP2860208B2 true JP2860208B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=16856681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4227176A Expired - Lifetime JP2860208B2 (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 燃料電池発電装置の運転制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860208B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001266918A (ja) | 2000-03-24 | 2001-09-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の制御装置 |
| JP5032720B2 (ja) * | 2001-02-05 | 2012-09-26 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの制御方法 |
| JP4753506B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2011-08-24 | 大阪瓦斯株式会社 | 水素含有ガス生成装置及びその運転方法 |
| JP4988259B2 (ja) * | 2006-07-06 | 2012-08-01 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2013169329A2 (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Ballard Power Systems Inc. | Method of operating a fuel cell power system |
-
1992
- 1992-08-26 JP JP4227176A patent/JP2860208B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0676846A (ja) | 1994-03-18 |
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