JP2998301B2 - 燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法及び装置 - Google Patents
燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法及び装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池の発電装置において、燃料電池のアノ
ード出口ガス中の未燃分をカソード出口ガス中の酸素で
燃焼させる燃焼器の温度制御方法及び装置に関するもの
である。
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池の発電装置において、燃料電池のアノ
ード出口ガス中の未燃分をカソード出口ガス中の酸素で
燃焼させる燃焼器の温度制御方法及び装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置は、図５に一例として
天然ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電装置に
ついて示す如く、電解質板１をカソード２とアノード３
の両電極で挟んでなるセルをセパレータを介し積層して
スタックとした構成の燃料電池Ｉのカソード２には、過
給機４のタービン５により回転させられる圧縮機６で昇
圧された空気Ａを、空気供給管７、空気予熱器８を経て
供給するようにし、カソード２から排出されたカソード
出口ガスは、カソード出口ガスライン９を通して燃焼器
１０に導入するようにすると共に、一部のカソード出口
ガスを、カソード出口ガスライン９より分岐させた分岐
ライン１１より過給機４のタービン５に導入させるよう
にしてあり、該タービン５から排出されたガスは、排ガ
スライン１２より蒸気過熱器１３、蒸気発生器１４を経
て排出させられるようにしてある。一方、改質原料ガス
としての天然ガスＮＧは、図示しない脱硫器で脱硫され
た後、天然ガス供給ライン１５より天然ガス予熱器１６
を経て改質器１７の改質室１７ａに供給され、該改質室
１７ａで改質された燃料ガスは、燃料ガス供給ライン１
８を通り、上記天然ガス予熱器１６を経てアノード３に
供給されるようにし、該アノード３から排出されたアノ
ード出口ガスは、アノード出口ガスライン１９を経て燃
焼器１０へ導入されるようにして、アノード出口ガス中
の未燃分をカソード出口ガス中の酸素により燃焼させる
ようにし、燃焼室１０からの排ガスはライン２０より改
質器１７の燃焼室１７ｂへ供給して吸熱反応に供した
後、燃焼室１７ｂから排ガスライン２１を通り、空気予
熱器８で冷却され、更に、ガス冷却器２２で最終的に冷
却され、次いで、気液分離器２３で除湿された後、リサ
イクルライン２５を通り低温リサイクルブロワ２４で昇
圧され、圧縮機６からの空気と合流してカソード２へ供
給されるようにしてある。上記気液分離器２３で除去さ
れた水は、給水ポンプ２６で加圧されて蒸気発生器１４
へ導かれ、ここで蒸発させられて水蒸気となり、この水
蒸気は、蒸気過熱器１３で過熱された後、水蒸気ライン
２７より天然ガス供給ライン１５に導くようにしてあ
る。又、空気供給ライン７、天然ガス供給ライン１５、
水蒸気ライン２７には、各々流量調節弁２８、２９、３
０と、これらを調節する流量コントローラ３１、３２、
３３を備え、燃料電池Ｉの出力要求に応じた空気流量、
燃料流量、水蒸気流量となるようにマスターコントロー
ラ３４から上記各流量コントローラ３１，３２，３３へ
指示が与えられるようにしてあり、更に、上記マスター
コントローラ３４にはライン２０上の酸素濃度計３５、
温度計３６からの信号が取り込まれるようにしてあり、
且つマスターコントローラ３４からの指令により低温リ
サイクルブロワ２４の回転数ＲＰＭを制御してカソード
出口ガス流量を変えることができるようにしてある。
天然ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電装置に
ついて示す如く、電解質板１をカソード２とアノード３
の両電極で挟んでなるセルをセパレータを介し積層して
スタックとした構成の燃料電池Ｉのカソード２には、過
給機４のタービン５により回転させられる圧縮機６で昇
圧された空気Ａを、空気供給管７、空気予熱器８を経て
供給するようにし、カソード２から排出されたカソード
出口ガスは、カソード出口ガスライン９を通して燃焼器
１０に導入するようにすると共に、一部のカソード出口
ガスを、カソード出口ガスライン９より分岐させた分岐
ライン１１より過給機４のタービン５に導入させるよう
にしてあり、該タービン５から排出されたガスは、排ガ
スライン１２より蒸気過熱器１３、蒸気発生器１４を経
て排出させられるようにしてある。一方、改質原料ガス
としての天然ガスＮＧは、図示しない脱硫器で脱硫され
た後、天然ガス供給ライン１５より天然ガス予熱器１６
を経て改質器１７の改質室１７ａに供給され、該改質室
１７ａで改質された燃料ガスは、燃料ガス供給ライン１
８を通り、上記天然ガス予熱器１６を経てアノード３に
供給されるようにし、該アノード３から排出されたアノ
ード出口ガスは、アノード出口ガスライン１９を経て燃
焼器１０へ導入されるようにして、アノード出口ガス中
の未燃分をカソード出口ガス中の酸素により燃焼させる
ようにし、燃焼室１０からの排ガスはライン２０より改
質器１７の燃焼室１７ｂへ供給して吸熱反応に供した
後、燃焼室１７ｂから排ガスライン２１を通り、空気予
熱器８で冷却され、更に、ガス冷却器２２で最終的に冷
却され、次いで、気液分離器２３で除湿された後、リサ
イクルライン２５を通り低温リサイクルブロワ２４で昇
圧され、圧縮機６からの空気と合流してカソード２へ供
給されるようにしてある。上記気液分離器２３で除去さ
れた水は、給水ポンプ２６で加圧されて蒸気発生器１４
へ導かれ、ここで蒸発させられて水蒸気となり、この水
蒸気は、蒸気過熱器１３で過熱された後、水蒸気ライン
２７より天然ガス供給ライン１５に導くようにしてあ
る。又、空気供給ライン７、天然ガス供給ライン１５、
水蒸気ライン２７には、各々流量調節弁２８、２９、３
０と、これらを調節する流量コントローラ３１、３２、
３３を備え、燃料電池Ｉの出力要求に応じた空気流量、
燃料流量、水蒸気流量となるようにマスターコントロー
ラ３４から上記各流量コントローラ３１，３２，３３へ
指示が与えられるようにしてあり、更に、上記マスター
コントローラ３４にはライン２０上の酸素濃度計３５、
温度計３６からの信号が取り込まれるようにしてあり、
且つマスターコントローラ３４からの指令により低温リ
サイクルブロワ２４の回転数ＲＰＭを制御してカソード
出口ガス流量を変えることができるようにしてある。
【０００３】上記の燃料電池発電装置において、燃料電
池Ｉが定常運転状態にあるときは、マスターコントロー
ラ３４からの指令により低温リサイクルブロワ２４の回
転数を制御してカソード２からのカソード出口ガスの流
量を調節することにより燃焼器１０出口の酸素濃度を制
御しており、又、燃焼器１０出口の温度は、燃料流量、
すなわち、燃料利用率で制御するようにしている。
池Ｉが定常運転状態にあるときは、マスターコントロー
ラ３４からの指令により低温リサイクルブロワ２４の回
転数を制御してカソード２からのカソード出口ガスの流
量を調節することにより燃焼器１０出口の酸素濃度を制
御しており、又、燃焼器１０出口の温度は、燃料流量、
すなわち、燃料利用率で制御するようにしている。
【０００４】しかし、燃料電池Ｉが定常運転状態で急速
な負荷降下時、負荷遮断時、等により燃料が余剰状態と
なったときは、燃焼器１０の酸化触媒層及び改質器１７
で温度上昇を起こすことになり、特に、改質器１７は高
温になると、強度的にもたないので、急に温度が高くな
って来ることは好ましくなく、又、酸化触媒の寿命を著
しく縮める結果となる。
な負荷降下時、負荷遮断時、等により燃料が余剰状態と
なったときは、燃焼器１０の酸化触媒層及び改質器１７
で温度上昇を起こすことになり、特に、改質器１７は高
温になると、強度的にもたないので、急に温度が高くな
って来ることは好ましくなく、又、酸化触媒の寿命を著
しく縮める結果となる。
【０００５】そのため、燃焼器の燃焼温度を出来るだけ
低くするために、燃料が余剰状態になったときは、燃料
の一部を系外に抜き、フレアスタックで焼却処理する等
の方法とか、低温ガスを燃焼器１０に吹き込んで、燃焼
器１０の燃焼温度をコントロールする方法、が採られて
いる。
低くするために、燃料が余剰状態になったときは、燃料
の一部を系外に抜き、フレアスタックで焼却処理する等
の方法とか、低温ガスを燃焼器１０に吹き込んで、燃焼
器１０の燃焼温度をコントロールする方法、が採られて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の燃料
の一部を系外に抜いて、フレアスタックで焼却すること
は、通常時は必要としない余分な設備を用意しておくこ
とになり、設備費が嵩むことになる、という問題があ
る。
の一部を系外に抜いて、フレアスタックで焼却すること
は、通常時は必要としない余分な設備を用意しておくこ
とになり、設備費が嵩むことになる、という問題があ
る。
【０００７】又、後者の燃焼器１０に低温ガスを吹き込
んで燃焼温度をコントロールする方法には、一般に空気
過剰率を制御する、すなわち、余分な空気を吹き込む方
法とか、Ｎ2 ガスを吹き込む方法等が考えられるが、以
下の如き問題がある。 (a) 燃焼器１０に冷却のため吹き込むガスとして空気を
使用すると、空気中の酸素により燃焼器１０出口の酸素
濃度が上る結果となり、前記した低温リサイクルブロワ
２４の回転数制御により燃焼器１０出口の酸素濃度コン
トロールが行われて、燃焼器１０へのカソード出口ガス
の流量が絞られてしまうので、逆にかえって燃焼温度が
上昇する結果となる。 (b) 燃焼器１０出口の酸素濃度が高くても、これを許容
する制御システムにすると、改質器１７で燃焼ガスがリ
ークした場合、爆発限界に入る可能性があり、危険であ
る。 (c) 燃料電池Ｉのカソード２では、電池反応のためにＯ
2 とＣＯ2 が必要であるが、空気を吹き込むと、Ｏ2 は
増えるがＣＯ2 が減少するので、結果的に電池性能は低
下する。 (d) Ｎ2 を吹き込むことは、高価なＮ2 を消費すること
になるばかりでなく、Ｎ2 によってＯ2 、ＣＯ2 濃度が
低下させられることになって電池性能が低下する。
んで燃焼温度をコントロールする方法には、一般に空気
過剰率を制御する、すなわち、余分な空気を吹き込む方
法とか、Ｎ2 ガスを吹き込む方法等が考えられるが、以
下の如き問題がある。 (a) 燃焼器１０に冷却のため吹き込むガスとして空気を
使用すると、空気中の酸素により燃焼器１０出口の酸素
濃度が上る結果となり、前記した低温リサイクルブロワ
２４の回転数制御により燃焼器１０出口の酸素濃度コン
トロールが行われて、燃焼器１０へのカソード出口ガス
の流量が絞られてしまうので、逆にかえって燃焼温度が
上昇する結果となる。 (b) 燃焼器１０出口の酸素濃度が高くても、これを許容
する制御システムにすると、改質器１７で燃焼ガスがリ
ークした場合、爆発限界に入る可能性があり、危険であ
る。 (c) 燃料電池Ｉのカソード２では、電池反応のためにＯ
2 とＣＯ2 が必要であるが、空気を吹き込むと、Ｏ2 は
増えるがＣＯ2 が減少するので、結果的に電池性能は低
下する。 (d) Ｎ2 を吹き込むことは、高価なＮ2 を消費すること
になるばかりでなく、Ｎ2 によってＯ2 、ＣＯ2 濃度が
低下させられることになって電池性能が低下する。
【０００８】そこで、本発明は、電池性能を低下させる
ことなく、又、フレアスタック等の追加の設備を必要と
することなく燃焼温度がコントロールできるようにしよ
うとするものである。
ことなく、又、フレアスタック等の追加の設備を必要と
することなく燃焼温度がコントロールできるようにしよ
うとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、燃料電池のカソード出口ガスとアノード
出口ガスを燃焼器に導き、該燃焼器を出たガスを熱交換
器を通して最終的に冷却した後、除温し、低温リサイク
ルブロワで昇圧して空気と合流させてカソードへ供給さ
せるようにし、且つ燃料電池の出力要求に応じた燃料利
用率となるように燃料流量をコントロールするようにし
てある燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法におい
て、燃料利用率が下り燃焼温度が一時的に上昇した場合
にのみ、上記低温リサイクルブロワから吐出されたガス
を上記燃焼器に吹き込み、燃焼器出口の温度をコントロ
ールする方法と装置とし、又、上記燃焼器出口の温度変
化に応じて低温リサイクルブロワからの低温ガスの流量
を増減させて燃焼器出口の温度をコントロールする方法
と装置とする。更に、燃料電池の燃料利用率が高くとれ
ないために常時燃料が余剰となって燃焼器温度が高く続
くときは、低温リサイクルブロワから吐出された低温ガ
スを一定流量流しておき、更に、燃焼器の温度変化があ
ったときは、その温度変化に応じて上記低温ガスの流量
を増減させるようにしてもよい。
決するために、燃料電池のカソード出口ガスとアノード
出口ガスを燃焼器に導き、該燃焼器を出たガスを熱交換
器を通して最終的に冷却した後、除温し、低温リサイク
ルブロワで昇圧して空気と合流させてカソードへ供給さ
せるようにし、且つ燃料電池の出力要求に応じた燃料利
用率となるように燃料流量をコントロールするようにし
てある燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法におい
て、燃料利用率が下り燃焼温度が一時的に上昇した場合
にのみ、上記低温リサイクルブロワから吐出されたガス
を上記燃焼器に吹き込み、燃焼器出口の温度をコントロ
ールする方法と装置とし、又、上記燃焼器出口の温度変
化に応じて低温リサイクルブロワからの低温ガスの流量
を増減させて燃焼器出口の温度をコントロールする方法
と装置とする。更に、燃料電池の燃料利用率が高くとれ
ないために常時燃料が余剰となって燃焼器温度が高く続
くときは、低温リサイクルブロワから吐出された低温ガ
スを一定流量流しておき、更に、燃焼器の温度変化があ
ったときは、その温度変化に応じて上記低温ガスの流量
を増減させるようにしてもよい。
【００１０】
【作用】低温リサイクルブロワから吐出された低温ガス
を燃焼器に吹き込むと、燃焼器出口の温度が下げられ
る。このとき、燃焼器出口の温度の変化に応じて上記低
温リサイクルブロワからの低温ガスの流量を増減させる
と、燃焼器の温度をコントロールすることができる。
を燃焼器に吹き込むと、燃焼器出口の温度が下げられ
る。このとき、燃焼器出口の温度の変化に応じて上記低
温リサイクルブロワからの低温ガスの流量を増減させる
と、燃焼器の温度をコントロールすることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１２】図１は本発明の燃焼器温度制御方法を実施
する装置の実施例を示すもので、図５に示した従来の燃
料電池発電装置と同様に、燃料電池Ｉのカソード２から
排出されたカソード出口ガスとアノード３から排出され
たアノード出口ガスを燃焼器１０に導入し、アノード出
口ガス中の可燃分をカソード出口ガス中の酸素により燃
焼器１０内にて燃焼させ、燃焼排ガスを改質器１７の燃
焼室１７ｂに供給するようにし、更に、改質器１７から
空気予熱器８で空気にて冷却されたガスを冷却器２２で
冷却した後、気液分離器２３にて除湿し、リサイクルラ
イン２５上の低温リサイクルブロワ２４にて昇圧して空
気供給ライン７の空気と合流状態でカソード２へ供給す
るようにしてあり、上記低温リサイクルブロワ２４の回
転数が燃料電池Ｉの出力に応じた値に制御されるように
してあり、又、空気流量や燃料の流量が燃料電池Ｉの出
力に応じてマスターコントローラ３４によりコントロー
ルされるようにした構成としてある燃料電池発電装置に
おいて、上記リサイクルライン２５上の低温リサイクル
ブロワ２４の吐出側位置と上記燃焼器１０の入口から出
口近傍位置とを低温ガス分岐ライン３７にてつなぎ、低
温リサイクルブロワ２４で吐出された低温ガスが低温ガ
ス分岐ライン３７を経て燃焼器１０に供給されるように
する。
する装置の実施例を示すもので、図５に示した従来の燃
料電池発電装置と同様に、燃料電池Ｉのカソード２から
排出されたカソード出口ガスとアノード３から排出され
たアノード出口ガスを燃焼器１０に導入し、アノード出
口ガス中の可燃分をカソード出口ガス中の酸素により燃
焼器１０内にて燃焼させ、燃焼排ガスを改質器１７の燃
焼室１７ｂに供給するようにし、更に、改質器１７から
空気予熱器８で空気にて冷却されたガスを冷却器２２で
冷却した後、気液分離器２３にて除湿し、リサイクルラ
イン２５上の低温リサイクルブロワ２４にて昇圧して空
気供給ライン７の空気と合流状態でカソード２へ供給す
るようにしてあり、上記低温リサイクルブロワ２４の回
転数が燃料電池Ｉの出力に応じた値に制御されるように
してあり、又、空気流量や燃料の流量が燃料電池Ｉの出
力に応じてマスターコントローラ３４によりコントロー
ルされるようにした構成としてある燃料電池発電装置に
おいて、上記リサイクルライン２５上の低温リサイクル
ブロワ２４の吐出側位置と上記燃焼器１０の入口から出
口近傍位置とを低温ガス分岐ライン３７にてつなぎ、低
温リサイクルブロワ２４で吐出された低温ガスが低温ガ
ス分岐ライン３７を経て燃焼器１０に供給されるように
する。
【００１３】又、上記低温ガス分岐ライン３７には、下
流側にチェック弁３８を設け、且つ該チェック弁３８の
上流側に流量調節弁３９を設け、該流量調節弁３９の開
度を温度計３６からの信号で調節されるようにする。
流側にチェック弁３８を設け、且つ該チェック弁３８の
上流側に流量調節弁３９を設け、該流量調節弁３９の開
度を温度計３６からの信号で調節されるようにする。
【００１４】燃料電池Ｉの定常運転時には、燃料電池Ｉ
の出力要求に応じてマスターコントローラ３４からの指
示により低温リサイクルブロワ２４の回転数が制御され
ているので、該低温リサイクルブロワ２４からカソード
２へ供給されるガス流量がコントロールされ、カソード
２から燃焼器１０へ入るカソード出口ガス流量がコント
ロールされている。これにより燃焼器１０出口の酸素濃
度はコントロールされている。又、燃焼器１０出口の温
度は、燃料流量、すなわち、燃料利用率によって制御さ
れている。すなわち、燃料電池Ｉの出力要求に応じて、
予め試運転によって得られた燃料利用率計算式で燃料流
量を計算し、流量調節弁３２へマスターコントローラ３
４から燃料流量指示を出させる。燃焼器１０の燃焼温度
と設定温度とを比較して、その差が許容値を超え、且つ
一定値以内の場合は、燃料利用率修正式で燃料利用率を
変動し、燃料流動を変動させるようにする。その差が一
定値を超えている場合でも、温度が設定値よりも低い場
合は、燃料利用率を変更して燃焼器出口温度をコントロ
ールするようにする。急速な負荷降下時で燃料が余剰状
態になって一時的に温度上昇が起ったときは、低温リサ
イクルブロワ２４の吐出側の低温ガスを低温ガス分岐ラ
イン３７より燃焼器１０に供給して混合させ、燃焼器１
０の燃焼温度をコントロールさせるようにする。この場
合に、上記低温ガス分岐ライン３７の途中の流量調節弁
３９の開度を調節すれば、燃焼温度が設定温度になるよ
うにコントロールされる。上記流量調節弁３９の開度
は、温度計３６からの指令により調節させる。
の出力要求に応じてマスターコントローラ３４からの指
示により低温リサイクルブロワ２４の回転数が制御され
ているので、該低温リサイクルブロワ２４からカソード
２へ供給されるガス流量がコントロールされ、カソード
２から燃焼器１０へ入るカソード出口ガス流量がコント
ロールされている。これにより燃焼器１０出口の酸素濃
度はコントロールされている。又、燃焼器１０出口の温
度は、燃料流量、すなわち、燃料利用率によって制御さ
れている。すなわち、燃料電池Ｉの出力要求に応じて、
予め試運転によって得られた燃料利用率計算式で燃料流
量を計算し、流量調節弁３２へマスターコントローラ３
４から燃料流量指示を出させる。燃焼器１０の燃焼温度
と設定温度とを比較して、その差が許容値を超え、且つ
一定値以内の場合は、燃料利用率修正式で燃料利用率を
変動し、燃料流動を変動させるようにする。その差が一
定値を超えている場合でも、温度が設定値よりも低い場
合は、燃料利用率を変更して燃焼器出口温度をコントロ
ールするようにする。急速な負荷降下時で燃料が余剰状
態になって一時的に温度上昇が起ったときは、低温リサ
イクルブロワ２４の吐出側の低温ガスを低温ガス分岐ラ
イン３７より燃焼器１０に供給して混合させ、燃焼器１
０の燃焼温度をコントロールさせるようにする。この場
合に、上記低温ガス分岐ライン３７の途中の流量調節弁
３９の開度を調節すれば、燃焼温度が設定温度になるよ
うにコントロールされる。上記流量調節弁３９の開度
は、温度計３６からの指令により調節させる。
【００１５】上記温度の上昇が負荷降下時等との原因に
よる一時的なものか、それとも安定状態においても温度
が設定値より高いかの判断は、流量調節弁３９の開度、
温度、持続時間によって行う。
よる一時的なものか、それとも安定状態においても温度
が設定値より高いかの判断は、流量調節弁３９の開度、
温度、持続時間によって行う。
【００１６】上記において、流量調節弁３９の開度が一
定で、温度が一定の状態が一定時間続いたら、燃料利用
率を上げ、流量調節弁３９を閉にして、定常運転に戻す
ようにする。一方、流量調節弁３９の開度又は温度のい
ずれかが、或る範囲を超えて変動している間は、燃料利
用率を変更せず、温度は低温ガスの流量のみでコントロ
ールするようにする。負荷変化時の燃料利用率の変更は
負荷変化速度に応じた先行制御とする。
定で、温度が一定の状態が一定時間続いたら、燃料利用
率を上げ、流量調節弁３９を閉にして、定常運転に戻す
ようにする。一方、流量調節弁３９の開度又は温度のい
ずれかが、或る範囲を超えて変動している間は、燃料利
用率を変更せず、温度は低温ガスの流量のみでコントロ
ールするようにする。負荷変化時の燃料利用率の変更は
負荷変化速度に応じた先行制御とする。
【００１７】上記した燃焼器１０出口の温度のコントロ
ールは、図２に示すフローシートの如くである。
ールは、図２に示すフローシートの如くである。
【００１８】但し、ｔs2，ｔs3：設定時間 ｕｆ0 ：燃料利用率初期値 ｂ，ｃ ：定数 ｆ2 ：定数又は関数 ＴＬ ：燃焼温度低温側許容限界 ＴＨ ：燃焼温度高温側許容限界 ＴＨＨ ：低温ガス流入開始温度 ａ3 ，ａ4 ，ａ5 ：定数 ｄ ：定数 Ｔs ：設定温度 であり、以上はインプットされるものである。更に、 Ｌ ：出力 ｔ ：経過時間 Ｆ ：燃料流量 ｕｆ ：燃料利用率 又、燃料電池の燃料利用率には、ガスの偏流等に起因し
てこれ以上には上げられないという上限値がある。かか
る状態での運転では、常時燃料が余剰となり、燃焼器１
０の温度が高くなる。燃焼器１０の温度を低くしたいた
めに燃料利用率を最大にしても、アノード出口ガス中の
可燃分の量がなお多過ぎて燃焼器１０の温度が目標値よ
りも高くなってしまうことがある。
てこれ以上には上げられないという上限値がある。かか
る状態での運転では、常時燃料が余剰となり、燃焼器１
０の温度が高くなる。燃焼器１０の温度を低くしたいた
めに燃料利用率を最大にしても、アノード出口ガス中の
可燃分の量がなお多過ぎて燃焼器１０の温度が目標値よ
りも高くなってしまうことがある。
【００１９】このような場合には、低温リサイクルブロ
ワ２４の吐出側の低温ガスを低温ガス分岐ライン３７を
通して一定流量流しておき、燃焼器１０の温度が目標値
以下になるようにする。これにより燃料が常時余剰で燃
焼器１０の温度が高いときでも燃焼器１０の温度を下げ
ることができて、改質器１７の保護を図ることができ
る。燃焼器１０の温度が変化すれば、温度計３６からの
指令により温度変化に応じて流量調節弁３９により低温
ガスの流量を増減させるようにする。
ワ２４の吐出側の低温ガスを低温ガス分岐ライン３７を
通して一定流量流しておき、燃焼器１０の温度が目標値
以下になるようにする。これにより燃料が常時余剰で燃
焼器１０の温度が高いときでも燃焼器１０の温度を下げ
ることができて、改質器１７の保護を図ることができ
る。燃焼器１０の温度が変化すれば、温度計３６からの
指令により温度変化に応じて流量調節弁３９により低温
ガスの流量を増減させるようにする。
【００２０】次に、図３は本発明の他の実施例を示すも
ので、図１に示す低温リサイクルライン２５における低
温ガスの流量制御の一例として、低温リサイクルブロワ
２４のバイパスライン４０とバイパス弁４１を設け、下
流側のガスの一部を低温リサイクルブロワ２４の上流側
に逆流させるようにし、上記バイパス弁４１を流量コン
トローラ４２からの信号によりコントロールするように
したものである。
ので、図１に示す低温リサイクルライン２５における低
温ガスの流量制御の一例として、低温リサイクルブロワ
２４のバイパスライン４０とバイパス弁４１を設け、下
流側のガスの一部を低温リサイクルブロワ２４の上流側
に逆流させるようにし、上記バイパス弁４１を流量コン
トローラ４２からの信号によりコントロールするように
したものである。
【００２１】低温リサイクルブロワ２４を流れるガスの
圧力が一定で流量が或る値よりも少なくなって来ると、
低温リサイクルブロワ２４はサージング領域に入り、サ
ージングを起こすことになるが、本発明では流量コント
ローラ４２からの指令によりバイパス弁４１を開き、下
流側から上流側へガスを戻し、上流側のガス流量を増加
させることができるので、低温リサイクルブロワ２４の
運転を安定よく行わせることができる。
圧力が一定で流量が或る値よりも少なくなって来ると、
低温リサイクルブロワ２４はサージング領域に入り、サ
ージングを起こすことになるが、本発明では流量コント
ローラ４２からの指令によりバイパス弁４１を開き、下
流側から上流側へガスを戻し、上流側のガス流量を増加
させることができるので、低温リサイクルブロワ２４の
運転を安定よく行わせることができる。
【００２２】図４は別の実施例を示すもので、バイパス
弁４１を圧力コントローラ４３からの指令によりコント
ロールするようにし、更に、流量調節弁４４を流量コン
トローラ４２によりコントロールするようにしたもので
ある。
弁４１を圧力コントローラ４３からの指令によりコント
ロールするようにし、更に、流量調節弁４４を流量コン
トローラ４２によりコントロールするようにしたもので
ある。
【００２３】この実施例では、吐出側の圧力で低温リサ
イクルブロワ２４のガス流量をコントロールするので、
該低温リサイクルブロワ２４の運転を安定よく行うこと
ができることになる。
イクルブロワ２４のガス流量をコントロールするので、
該低温リサイクルブロワ２４の運転を安定よく行うこと
ができることになる。
【００２４】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池発電
装置の燃焼器温度制御方法及び装置によれば、燃料電池
のカソード出口ガスとアノード出口ガスを燃焼器に導
き、該燃焼器で燃焼した燃焼排ガスを改質器の燃焼室側
に供給して、改質室での吸熱反応に供し、改質器を出た
ガスを熱交換器を経て冷却した後、除湿し、低温ガスを
低温リサイクルブロワで昇圧して燃料電池のカソードに
供給するようにする場合に、上記燃焼器と低温リサイク
ルブロワ吐出側とを低温ガス分岐ラインで結び、低温ガ
スを燃焼器に混入させて燃焼温度を制御するので、燃焼
器の温度制御に用いるガスが、燃料電池へ送るガスその
ものであって、循環しているだけであるため、冷却ガス
として使用しても電池性能にも、酸素コントロールにも
余り大きな影響を与えることなく燃焼温度のコントロー
ルができ、又、本発明では、負荷急降下時等の如き一時
的に燃焼温度が上昇した場合にのみ、あるいは、燃料電
池の燃料利用率が余り高くとれないために常時燃料が余
剰となる場合に燃料利用率を高くしてもアノード出口ガ
ス中の可燃分が多くて燃焼器の温度が高い場合に、低温
リサイクルブロワの吐出ガスを燃焼器へ吹き込むので、
燃焼器の温度を下げ得て装置の安全性、経済性を向上さ
せることができると共に、フレアスタック等の追加の設
備が不要であり、更に、低温リサイクルブロワのガス流
量コントロールをすることにより常に安全な域での運転
ができる、等の優れた効果を奏し得る。
装置の燃焼器温度制御方法及び装置によれば、燃料電池
のカソード出口ガスとアノード出口ガスを燃焼器に導
き、該燃焼器で燃焼した燃焼排ガスを改質器の燃焼室側
に供給して、改質室での吸熱反応に供し、改質器を出た
ガスを熱交換器を経て冷却した後、除湿し、低温ガスを
低温リサイクルブロワで昇圧して燃料電池のカソードに
供給するようにする場合に、上記燃焼器と低温リサイク
ルブロワ吐出側とを低温ガス分岐ラインで結び、低温ガ
スを燃焼器に混入させて燃焼温度を制御するので、燃焼
器の温度制御に用いるガスが、燃料電池へ送るガスその
ものであって、循環しているだけであるため、冷却ガス
として使用しても電池性能にも、酸素コントロールにも
余り大きな影響を与えることなく燃焼温度のコントロー
ルができ、又、本発明では、負荷急降下時等の如き一時
的に燃焼温度が上昇した場合にのみ、あるいは、燃料電
池の燃料利用率が余り高くとれないために常時燃料が余
剰となる場合に燃料利用率を高くしてもアノード出口ガ
ス中の可燃分が多くて燃焼器の温度が高い場合に、低温
リサイクルブロワの吐出ガスを燃焼器へ吹き込むので、
燃焼器の温度を下げ得て装置の安全性、経済性を向上さ
せることができると共に、フレアスタック等の追加の設
備が不要であり、更に、低温リサイクルブロワのガス流
量コントロールをすることにより常に安全な域での運転
ができる、等の優れた効果を奏し得る。
【図１】本発明の実施例を示す燃料電池発電装置の概要
を示す系統構成図である。
を示す系統構成図である。
【図２】本発明により制御される燃焼温度の制御フロー
シートである。
シートである。
【図３】本発明の他の実施例を示す低温リサイクルブロ
ワの部分の概略図である。
ワの部分の概略図である。
【図４】本発明の別の実施例を示すもので、図３に対応
する概略図である。
する概略図である。
【図５】従来の燃料電池発電装置の概要を示す系統構成
図である。
図である。
Ｉ 燃料電池 ２ カソード ３ アノード ８ 空気予熱器（熱交換器） ９ カソード出口ガスライン １０ 燃焼器 １７ 改質器 １９ アノード出口ガスライン ２２ ガス冷却器 ２３ 気液分離器 ２４ 低温リサイクルブロワ ３６ 温度コントローラ ３７ 低温ガス分岐ライン ３９ 流量調節弁 ４１ バイパス弁 ４２ 流量コントローラ ４３ 圧力コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 和典 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 平２−148571（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−183967（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料電池のカソード出口ガスとアノード
出口ガスを燃焼器に導き、該燃焼器で燃焼した燃焼排ガ
スを改質器を通し、熱交換器を通して最終的に冷却した
後、除温し、低温ガスを低温リサイクルブロワで昇圧し
て燃料電池のカソードへ供給するようにし、且つ燃料電
池の出力要求に応じた燃料利用率となる燃料流量にコン
トロールするようにしてある燃料電池発電装置の燃焼器
温度制御方法において、負荷降下時の如き燃料利用率が
下り燃焼器の燃焼温度が一時的に高くなったとき、上記
低温リサイクルブロワの吐出ガスを燃焼器へ吹き込み、
燃焼温度を制御することを特徴とする燃料電池発電装置
の燃焼器温度制御方法。 - 【請求項２】 低温リサイクルブロワの吐出側から燃焼
器へ吹き込むガス流量を、上記燃焼器出口の温度変化に
応じて増減させる請求項１記載の燃料電池発電装置の燃
焼器温度制御方法。 - 【請求項３】 燃料電池のカソード出口ガスとアノード
出口ガスを燃焼器に導き、該燃焼器で燃焼した燃焼排ガ
スを改質器を通し、熱交換器を通して最終的に冷却した
後、除湿し、低温ガスを低温リサイクルブロワで昇圧し
て燃料電池のカソードへ供給するようにし、且つ燃料電
池の出力要求に応じた燃料利用率となるように燃料流量
をコントロールするようにしてある燃料電池発電装置の
燃焼器温度制御方法において、燃料電池の燃料利用率が
高くとれないために常時燃料が余剰となって燃焼器温度
の高い状態が続くとき、上記低温リサイクルブロワの吐
出側から低温ガスを一定流量流しておき、更に燃焼器温
度変化に応じて上記低温ガス流量を増減させることを特
徴とする燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法。 - 【請求項４】 燃料電池のカソード出口ガスとアノード
出口ガスを燃焼器に導き、該燃焼器で燃焼した燃焼排ガ
スを改質器を通し、熱交換器を通して最終的に冷却した
後、除湿し、低温ガスを低温リサイクルブロワで昇圧し
て燃料電池のカソードへ供給するようにし、且つ燃料電
池の出力要求に応じた燃料流量となるよう燃料の流量調
節弁をマスターコントローラからの指示で調節するよう
にしてある燃料電池発電装置の燃焼器温度制御装置にお
いて、上記燃焼器と低温リサイクルブロワの吐出側とを
低温ガス分岐ラインにて接続してなることを特徴とする
燃料電池発電装置の燃焼器温度制御装置。 - 【請求項５】 低温ガス分岐ラインの途中に流量調節弁
を設け、該流量調節弁を燃焼器出口の温度を計測する温
度計により調節されるようにしてなる請求項４記載の燃
料電池発電装置の燃焼器温度制御装置。 - 【請求項６】 低温リサイクルブロワの吐出側から入口
側へガスを逆流させるバイパス弁を設け、該バイパス弁
を吐出側のガス流量又はガス圧力に応じて調節するよう
にした請求項４記載の燃料電池発電装置の燃焼器温度制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3166261A JP2998301B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3166261A JP2998301B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04366560A JPH04366560A (ja) | 1992-12-18 |
| JP2998301B2 true JP2998301B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=15828104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3166261A Expired - Lifetime JP2998301B2 (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 燃料電池発電装置の燃焼器温度制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2998301B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6416893B1 (en) * | 2000-02-11 | 2002-07-09 | General Motors Corporation | Method and apparatus for controlling combustor temperature during transient load changes |
| JP5646223B2 (ja) * | 2010-06-22 | 2014-12-24 | 株式会社東芝 | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
| GB201012775D0 (en) * | 2010-07-30 | 2010-09-15 | Rolls Royce Fuel Cell Systems Ltd | A solid ovide fuel cell system |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP3166261A patent/JP2998301B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04366560A (ja) | 1992-12-18 |
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