JP3220438B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水素製造装置を具
備した燃料電池発電システムに係わり、負荷変動に応答
するための緩衝タンクを備えた燃料電池発電システムに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generation system provided with a hydrogen producing apparatus, and more particularly to a fuel cell power generation system provided with a buffer tank for responding to a load change.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池発電システムは、イオン導電性
の電解質膜の両側に一対の電極を配置した電極−電解質
接合体を、反応ガス流路を備えた電気伝導性のセパレー
タを介して積層した構造の燃料電池と、燃料電池に燃料
ガスを供給する燃料系、酸化剤ガスを供給する空気系よ
り構成される。2. Description of the Related Art In a fuel cell power generation system, an electrode-electrolyte assembly having a pair of electrodes disposed on both sides of an ionic conductive electrolyte membrane is laminated via an electrically conductive separator having a reaction gas flow path. It is composed of a fuel cell having a structure, a fuel system for supplying a fuel gas to the fuel cell, and an air system for supplying an oxidizing gas.
【0003】移動体電源等の負荷と電源が1対1となる
ような用途には、比較的低温で作動すること、エネルギ
ー密度が高いことなどから、電解質膜としてプロトン導
電性の固体電解質を用いる固体高分子型燃料電池が一般
に用いられる。For applications in which the load and power supply of a mobile power supply or the like are one-to-one, a proton conductive solid electrolyte is used as the electrolyte membrane because of operation at a relatively low temperature and high energy density. A polymer electrolyte fuel cell is generally used.
【0004】燃料系としては、炭素および水素を含む化
合物、例えばメタン等の炭化水素、メタノール等のアル
コールを燃料とし、水蒸気改質、あるいは、部分酸化お
よび水蒸気改質と部分酸化を複合した反応による水素製
造装置が用いられ、水蒸気改質した改質ガス中の一酸化
炭素を取り除く手段を備え、精製した改質ガスを燃料電
池に供給する。[0004] As a fuel system, a compound containing carbon and hydrogen, for example, a hydrocarbon such as methane, or an alcohol such as methanol is used as a fuel, and is subjected to steam reforming or partial oxidation and a reaction combining steam reforming and partial oxidation. A hydrogen production apparatus is used, which is provided with a unit for removing carbon monoxide in the steam reformed gas, and supplies the purified reformed gas to the fuel cell.
【0005】水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、熱
源として水蒸気改質装置には燃焼器を備えている。[0005] Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the steam reforming apparatus is provided with a combustor as a heat source.
【0006】燃焼器には燃料を直接供給したり、燃料電
池の燃料排ガス中の残留水素を供給して燃焼させて熱源
とする。燃焼器としては燃料、燃料電池の燃料排ガス共
に燃焼させることができる触媒燃焼器を用いる方法や、
燃料の直接燃焼用、および、燃料電池燃料排ガス燃焼用
の2つのバーナーヘッドを備える燃焼器を用いる方法が
あり、燃料電池燃料排ガスの熱量で不足する熱量を、燃
料の直接燃焼で賄う。[0006] The combustor is directly supplied with fuel or the residual hydrogen in the fuel exhaust gas of the fuel cell is supplied and burned to generate a heat source. As a combustor, a method using a catalyst combustor capable of burning both fuel and fuel exhaust gas from a fuel cell,
There is a method using a combustor having two burner heads for direct combustion of fuel and combustion of fuel cell fuel exhaust gas, and the calorific value of the fuel cell fuel exhaust gas deficient is covered by the direct combustion of the fuel.
【0007】電力系統に連携された発電システムにおい
ては、多数の負荷が存在し、各々が独立に変動している
ため、全体としては発電側が1s以下の時間で定格電力
を供給しなければならないと云うような急激な負荷変動
に対する応答は要求されない。In a power generation system linked to a power system, a large number of loads are present and each of them fluctuates independently. Therefore, the power generation side must supply the rated power in a time of 1 s or less as a whole. No response to such a sudden load change is required.
【0008】一方、移動体電源、例えば、電気自動車の
ような用途においては負荷と発電側が1対1となるた
め、100ms程度の急激な負荷変動に対する応答が必
要となる。このような、燃料電池システムの負荷応答速
度は、燃料電池に供給される水素の応答速度に支配され
る。水蒸気改質器が負荷応答する所用時間は約数十秒程
度である。On the other hand, in an application such as a mobile power supply, for example, an electric vehicle, a load and a power generation side have a one-to-one correspondence, so that a response to a sudden load change of about 100 ms is required. The load response speed of such a fuel cell system is governed by the response speed of hydrogen supplied to the fuel cell. The time required for the steam reformer to respond to the load is about several tens of seconds.
【0009】燃料電池発電システムが外部負荷の急激な
変動に対して応答するための手段として、特開平5−1
51983号公報に記載されているように、2次電池シ
ステム等の蓄電手段とのハイブリッド方式とし、急激な
負荷増加に対して蓄電手段が電力を直接供給する方法
や、特開平9−266006号公報、特開平9−306
531号公報に記載されるように、緩衝タンクを設置
し、急激な負荷変動に対して燃料電池へ水素を供給する
方法などが提案されている。As means for the fuel cell power generation system to respond to a sudden change in the external load, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
As described in JP-A-5-1983, a hybrid method with a storage means such as a secondary battery system is used, and the storage means directly supplies power to a sudden increase in load. JP-A-9-306
As described in JP-A-531, there has been proposed a method of installing a buffer tank and supplying hydrogen to a fuel cell in response to a sudden load change.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような蓄電手段は著しい重量増加を招き、効率や可搬性
を著しく低下させる。However, the above-described power storage means causes a significant increase in weight, and significantly lowers efficiency and portability.
【0011】一方、緩衝タンクを備える燃料電池発電シ
ステムの場合、30kW級の燃料電池を駆動するために
は、約400リットル/分の改質ガスまたは約200リ
ットル/分の水素ガスが必要となる。即ち、5リットル
のタンクを用いると燃料電池を1分間駆動するために保
持しなければならない改質ガスは80気圧、改質ガスか
ら水素のみを取り出した場合でも40気圧が必要とな
る。On the other hand, in the case of a fuel cell power generation system having a buffer tank, driving a 30 kW class fuel cell requires about 400 liter / min of reformed gas or about 200 liter / min of hydrogen gas. . That is, when a 5-liter tank is used, the reformed gas that must be held for driving the fuel cell for one minute requires 80 atm, and even when only hydrogen is extracted from the reformed gas, 40 atm is required.
【0012】負荷が増加する場合には、緩衝タンク内の
燃料を放出するが、負荷が減少する場合には緩衝タンク
内に燃料を貯蔵する必要があり、ますます緩衝タンク容
量並びに昇圧のための補機動力を大きくする要因とな
る。When the load increases, the fuel in the buffer tank is released, but when the load decreases, the fuel needs to be stored in the buffer tank. This is a factor for increasing the auxiliary power.
【0013】緩衝タンク容量を小さくし、かつ、負荷の
増減に係わらず緩衝タンクを有効に活用するためには、
速やかに緩衝タンク内の燃料ガス貯蔵量を所定量とする
制御手段が必要となる。In order to reduce the capacity of the buffer tank and to effectively utilize the buffer tank regardless of the increase or decrease of the load,
Control means for promptly setting the fuel gas storage amount in the buffer tank to a predetermined amount is required.
【0014】上記に鑑み、本発明の目的は負荷変動時に
対応するための緩衝タンクを小型化する燃料電池発電シ
ステムを提供するにある。In view of the above, it is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation system in which a buffer tank for responding to a load change is reduced in size.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。The gist of the present invention to achieve the above object is as follows.
【0016】〔1〕 炭素および水素を含む化合物の燃
料を改質反応器内で水素を含む燃料ガスに変換する燃料
ガス製造手段と、一対の電極と該電極間に配置したイオ
ン導電性の電解質を含むセルを積層した燃料電池と、前
記燃料ガス製造手段と前記燃料電池の間に燃料ガスを貯
える緩衝タンクを設け、燃料電池の燃料として燃料ガス
製造手段で製造した燃料ガスを用いて発電し、インバー
タを介して負荷と接続される燃料電池発電システムにお
いて、前記燃料ガス製造手段の出口の燃料ガス圧力が前
記燃料電池の動作圧力より高いことを特徴とする燃料電
池発電システム。[1] A fuel gas producing means for converting a fuel of a compound containing carbon and hydrogen into a fuel gas containing hydrogen in a reforming reactor, and a pair of electrodes and an ion-conductive electrolyte disposed between the electrodes And a buffer tank for storing fuel gas between the fuel gas producing means and the fuel cell, and generating electricity using the fuel gas produced by the fuel gas producing means as fuel for the fuel cell. A fuel cell power generation system connected to a load via an inverter, wherein a fuel gas pressure at an outlet of the fuel gas production means is higher than an operating pressure of the fuel cell.
【0017】〔2〕 前記燃料ガス製造手段の出口の燃
料ガス圧力が前記燃料電池の動作圧力より1kg/cm
2以上高い〔1〕記載の燃料電池発電システム。[2] The fuel gas pressure at the outlet of the fuel gas producing means is 1 kg / cm higher than the operating pressure of the fuel cell.
2. The fuel cell power generation system according to [1], which is higher by 2 or more.
【0018】〔3〕 前記燃料ガス製造手段の出口圧力
と前記燃料電池の動作圧力の圧力差を用いて、前記緩衝
タンクに貯える燃料ガス量を調節する〔2〕に記載の燃
料電池発電システム。[3] The fuel cell power generation system according to [2], wherein the amount of fuel gas stored in the buffer tank is adjusted using a pressure difference between an outlet pressure of the fuel gas producing means and an operating pressure of the fuel cell.
【0019】〔4〕 炭素および水素を含む化合物の燃
料を改質反応器内で水素を含む燃料ガスに変換する燃料
ガス製造手段と、一対の電極と該電極間に配置したプロ
トン導電性の電解質を含むセルを積層した燃料電池と、
前記燃料ガス製造手段と前記燃料電池の間に燃料ガスを
貯える緩衝タンクを設け、燃料電池の燃料として燃料ガ
ス製造手段で製造した燃料ガスを用いて発電し、インバ
ータを介して負荷と接続された燃料電池発電システムに
おいて、負荷要求検出手段、前記緩衝タンクの圧力検出
手段、前記燃料ガス製造手段の出口水素流量検出手段、
および、燃料電池の出口水素流量検出手段を有し、前記
各検出手段の検出結果よる負荷変動に対して前記緩衝タ
ンク、前記インバータ、および前記各制御手段に、前記
緩衝タンクに貯えられる燃料ガス量を予測して該緩衝タ
ンクに貯える燃料ガス量の基準値に近づくよう前記燃料
ガス製造手段の応答速度に合わせた制御信号を送るコン
トローラを設けたことを特徴とする燃料電池発電システ
ム。[4] A fuel gas producing means for converting a fuel of a compound containing carbon and hydrogen into a fuel gas containing hydrogen in a reforming reactor, and a pair of electrodes and a proton conductive electrolyte disposed between the electrodes. A fuel cell having stacked cells containing
A buffer tank for storing fuel gas was provided between the fuel gas producing means and the fuel cell, power was generated using the fuel gas produced by the fuel gas producing means as fuel for the fuel cell, and connected to a load via an inverter. In the fuel cell power generation system, a load request detecting unit, a pressure detecting unit of the buffer tank, an outlet hydrogen flow detecting unit of the fuel gas producing unit,
And a fuel cell outlet hydrogen flow rate detecting means, wherein the buffer tank, the inverter, and each of the control means respond to a load change based on a detection result of each of the detecting means. And a controller for transmitting a control signal in accordance with the response speed of the fuel gas producing means so as to approach the reference value of the amount of fuel gas stored in the buffer tank.
【0020】〔5〕 負荷要求量に応じて前記緩衝タン
クに貯える燃料ガス量の基準値を定める〔4〕記載の燃
料電池発電システム。[5] The fuel cell power generation system according to [4], wherein a reference value of an amount of fuel gas stored in the buffer tank is determined according to a required load amount.
【0021】〔6〕 前記緩衝タンクに貯える燃料ガス
量の基準値が、前記緩衝タンクに貯えられる最大燃料ガ
ス量の40〜85容量%である〔4〕記載の燃料電池発
電システム。[6] The fuel cell power generation system according to [4], wherein the reference value of the fuel gas amount stored in the buffer tank is 40 to 85% by volume of the maximum fuel gas amount stored in the buffer tank.
【0022】〔7〕 蓄電量を検出する手段を有する蓄
電手段が第2のインバータを介して燃料電池と並列に接
続され、前記コントローラが負荷変動に対する前記第2
のインバータの制御と、前記蓄電手段に貯える蓄電量の
基準値に近づくように前記燃料ガス製造手段の応答速度
に合わせた制御を行うことを特徴とする〔4〕記載の燃
料電池発電システム。[7] A power storage means having means for detecting the amount of stored power is connected in parallel with the fuel cell via a second inverter, and the controller operates the second power supply in response to a load change.
The fuel cell power generation system according to [4], wherein the control of the inverter and the control in accordance with the response speed of the fuel gas producing means are performed so as to approach a reference value of the amount of electricity stored in the electricity storing means.
【0023】〔8〕 前記緩衝タンクの体積の20〜8
5%の水素吸蔵合金を充填した〔1〕または〔4〕に記
載の燃料電池発電システム。[8] 20 to 8 times the volume of the buffer tank
The fuel cell power generation system according to [1] or [4], filled with 5% of a hydrogen storage alloy.
【0024】[0024]
〔9〕 前記燃料電池内および緩衝タンク
内に冷媒が流通する熱交換部を備え、前記燃料電池内の
熱交換部、前記緩衝タンク内の熱交換部、ラジエータお
よび冷媒用ポンプで冷却機構を構成し、該冷却器構内を
冷媒が前記燃料電池内の熱交換部、前記緩衝タンク内の
熱交換部、ラジエータの順で循環するよう構成した
〔8〕に記載の燃料電池発電システム。[9] A heat exchange unit through which a refrigerant flows in the fuel cell and the buffer tank is provided, and a cooling mechanism is configured by a heat exchange unit in the fuel cell, a heat exchange unit in the buffer tank, a radiator, and a refrigerant pump. The fuel cell power generation system according to [8], wherein the refrigerant circulates through the inside of the cooler premises in the order of the heat exchange unit in the fuel cell, the heat exchange unit in the buffer tank, and the radiator.
【0025】〔10〕 前記水素吸蔵合金がモル分率で
ランタン3%以上、ニッケル50%以上を含む〔8〕に
記載の燃料電池発電システム。[10] The fuel cell power generation system according to [8], wherein the hydrogen storage alloy contains 3% or more of lanthanum and 50% or more of nickel by mole fraction.
【0026】〔11〕 前記緩衝タンクの入口と出口を
接続するバイパス配管を有する〔4〕に記載の燃料電池
発電システム。[11] The fuel cell power generation system according to [4], further comprising a bypass pipe connecting an inlet and an outlet of the buffer tank.
【0027】〔12〕 前記燃料ガス製造手段の出口の
燃料ガス圧力と、前記燃料電池の動作圧力との差を動力
として回収し、該動力により前記燃料電池の空気極に空
気を送る〔11〕に記載の燃料電池発電システム。[12] The difference between the fuel gas pressure at the outlet of the fuel gas producing means and the operating pressure of the fuel cell is recovered as power, and the power is used to send air to the air electrode of the fuel cell [11]. 3. The fuel cell power generation system according to item 1.
【0028】〔13〕 前記緩衝タンクから前記燃料ガ
ス製造手段内の燃焼器に接続する配管への第2のバイパ
ス配管を設けた〔11〕または〔12〕に記載の燃料電
池発電システム。[13] The fuel cell power generation system according to [11] or [12], wherein a second bypass pipe is provided from the buffer tank to a pipe connected to a combustor in the fuel gas producing means.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】炭素および水素を含む化合物から
なる燃料を改質反応器内で水素を含む燃料ガスに変換す
る燃料ガス製造手段と、一対の電極および両電極間に位
置するプロトン導電性の電解質を有するセルを積層して
なる燃料電池と、前記燃料製造手段と前記燃料電池の間
に燃料ガスを貯える緩衝タンクからなり、燃料電池の燃
料として燃料ガス製造手段で製造した燃料ガスを用いて
発電し、インバータを介して負荷と接続される。負荷に
対して並列にインバータを介して接続される蓄電手段を
備えてもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A fuel gas producing means for converting a fuel comprising a compound containing carbon and hydrogen into a fuel gas containing hydrogen in a reforming reactor, and a pair of electrodes and a proton conductive material located between both electrodes And a buffer tank for storing a fuel gas between the fuel production means and the fuel cell, wherein a fuel gas produced by the fuel gas production means is used as fuel for the fuel cell. To generate power, and connected to the load via the inverter. Power storage means connected in parallel to the load via an inverter may be provided.
【0030】次に負荷変動に対する応答手順について説
明する。基本的な手順の構成は計測ステップ、短時間に
負荷変動に応じるステップ、燃料製造手段の応答速度に
応じて緩衝タンク内の水素貯蔵量等が基準値となるよう
に燃料製造量を調節するステップの3ステップで構成さ
れる。Next, a procedure for responding to a load change will be described. The basic procedure consists of a measuring step, a step of responding to a load change in a short time, and a step of adjusting the fuel production amount such that the hydrogen storage amount in the buffer tank becomes a reference value according to the response speed of the fuel producing means. It consists of three steps.
【0031】計測ステップでは、燃料電池システム内の
状態を検出するための検出手段として、電気自動車の場
合のアクセル開度に相当する負荷要求検出手段、緩衝タ
ンクの圧力検出手段、燃料製造手段出口の水素流量検出
手段、および、燃料電池の燃料排ガス中の水素流量検出
手段を有す。蓄電手段を備える場合には蓄電手段の充放
電容量を検出する手段も備える。In the measuring step, load detecting means corresponding to the accelerator opening in the case of an electric vehicle, pressure detecting means of the buffer tank, detecting means for detecting the state in the fuel cell system, and the outlet of the fuel producing means are used as detecting means. It has a hydrogen flow detecting means and a hydrogen flow detecting means in the fuel exhaust gas of the fuel cell. When the power storage means is provided, a means for detecting the charge / discharge capacity of the power storage means is also provided.
【0032】上記各検出手段による計測は所定間隔毎に
行われ、少なくとも前回、好ましくは2回以上前の測定
結果をコントローラ上のランダムアクセスメモリ上に保
持しておく。The measurement by each of the detection means is performed at predetermined intervals, and the measurement result at least last time, preferably at least two times before, is stored in a random access memory on the controller.
【0033】負荷変動に対する応答手順は次のとおりで
ある。燃料電池内での水素利用率は、燃料電池の燃料排
ガスの燃焼により燃料ガス製造手段が必要な熱を賄うこ
とができる熱バランス水素利用率と、燃料電池内で水素
が不足する部分が発生しない最大の利用率である最大水
素利用率との間の適当な利用率で運転される。The procedure for responding to a load change is as follows. The hydrogen utilization rate in the fuel cell is the same as the heat balance hydrogen utilization rate in which the fuel gas production means can cover the necessary heat by burning the fuel exhaust gas from the fuel cell, and the hydrogen deficiency does not occur in the fuel cell. It is operated at a suitable utilization between the maximum utilization, the maximum hydrogen utilization.
【0034】まず、要求される負荷に対して熱バランス
水素利用率、最大水素利用率、熱バランス水素利用率と
最大水素利用率との間の適当な水素利用率である基準水
素利用率のそれぞれの場合に必要な水素流量、および、
製造される水素流量を算出する。First, a heat balance hydrogen utilization rate, a maximum hydrogen utilization rate, and a reference hydrogen utilization rate which is an appropriate hydrogen utilization rate between the heat balance hydrogen utilization rate and the maximum hydrogen utilization rate with respect to a required load. Required hydrogen flow rate, and
Calculate the flow rate of hydrogen produced.
【0035】次に、負荷に対する応答が、熱バランス水
素利用率と最大水素利用率との間の利用率変化で可能か
否かの判定を行う。Next, it is determined whether or not a response to the load is possible by a change in the utilization ratio between the heat balance hydrogen utilization ratio and the maximum hydrogen utilization ratio.
【0036】上記の負荷応答が上記の利用率の変化で可
能な場合には、水素利用率を変化させて負荷応答するよ
う、燃料電池に接続されたインバータおよび燃料電池に
供給される空気量の制御を行い、燃料電池の燃料排ガス
中の水素流量も変化するので、燃料製造手段の燃焼器で
必要な熱量を確保するために燃焼器への燃料供給量を増
加させ、空気量を調節する制御を行う。If the above load response is possible with the above change in the utilization rate, the inverter connected to the fuel cell and the amount of air supplied to the fuel cell are changed so as to respond to the load by changing the hydrogen utilization rate. Control, and the flow rate of hydrogen in the fuel exhaust gas of the fuel cell also changes, so the fuel supply to the combustor is increased to secure the necessary heat in the combustor of the fuel production means, and the amount of air is adjusted. I do.
【0037】上記の利用率の変化で負荷応答が不可能な
場合には、緩衝タンク内の燃料の貯蔵、放出、あるい
は、蓄電手段を備える場合にはその充放電を行って負荷
応答する。If a load response is not possible due to the change in the utilization rate, the fuel is stored and released in the buffer tank, or if a power storage means is provided, the fuel cell is charged and discharged to respond to the load.
【0038】製造水素量が不足する場合、燃料電池を最
大水素利用率で運転し、緩衝タンク内の燃料の放出や蓄
電手段の放電により負荷追従する方法、燃料電池熱バラ
ンス水素利用率で運転し、緩衝タンク内の燃料の放出や
蓄電手段の放電により負荷追従する方法、あるいは、燃
料電池を最大水素利用率と熱バランス水素利用率との間
の適当な基準水素利用率で運転し、緩衝タンク内の燃料
の放出や蓄電手段の放電により負荷追従する方法等があ
り、緩衝タンクの燃料貯蔵量、蓄電手段の蓄電量に応じ
て制御する。When the amount of produced hydrogen is insufficient, the fuel cell is operated at the maximum hydrogen utilization rate, the load is followed by discharging the fuel in the buffer tank or discharging the electric storage means, and the fuel cell is operated at the thermal balance hydrogen utilization rate. A method of following load by discharging fuel in the buffer tank or discharging the power storage means, or by operating the fuel cell at an appropriate reference hydrogen utilization rate between the maximum hydrogen utilization rate and the heat balance hydrogen utilization rate, There is a method of following the load by discharging the fuel inside or discharging the power storage means, and the control is performed according to the fuel storage amount of the buffer tank and the power storage amount of the power storage means.
【0039】以上の負荷に対する応答動作の後、燃料製
造手段の応答速度に応じて、燃料電池の水素利用率およ
び緩衝タンク内の水素貯蔵量等が基準値となるよう、燃
料製造量を調節する動作を行う。このステップでは燃料
電池の利用率、緩衝タンクの水素貯蔵量、および、蓄電
手段の予測蓄電量を求め、燃料製造手段の負荷応答制限
範囲内で、それぞれの予測値が基準値に近づくように燃
料製造手段の燃焼器への燃料供給量、空気量、反応器へ
の燃料供給量、水供給量を制御する。After the above-described response operation to the load, the fuel production amount is adjusted according to the response speed of the fuel production means so that the hydrogen utilization rate of the fuel cell, the hydrogen storage amount in the buffer tank, and the like become reference values. Perform the operation. In this step, the utilization rate of the fuel cell, the amount of hydrogen stored in the buffer tank, and the predicted amount of power stored by the power storage means are obtained, and the fuel is set so that each predicted value approaches the reference value within the load response limit range of the fuel production means. The amount of fuel supplied to the combustor, the amount of air supplied, the amount of fuel supplied to the reactor, and the amount of water supplied to the reactor are controlled.
【0040】燃料製造手段の負荷応答速度を速めるため
に燃料製造手段の反応器へ空気を供給し、反応を水蒸気
改質反応と部分酸化反応の2つを行わせる方法もある。In order to increase the load response speed of the fuel production means, there is a method in which air is supplied to the reactor of the fuel production means to carry out two reactions, a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction.
【0041】緩衝タンク内の水素ガス貯蔵量の基準値
は、負荷増加時には燃料放出、負荷減少時には燃料を貯
蔵するため、緩衝タンクの最大圧力で決定される最大燃
料ガス量に対して40〜85%とすることが望ましい。
また、水素ガス貯蔵量の基準値は、燃料電池の発電量に
応じて適当な値とすることが望ましい。即ち、燃料電池
の発電量が最大に近いときは必要な水素量が増加する可
能性は低く、負荷要求が低下するときに余剰燃料が生ず
る可能性が高いため、緩衝タンク内の貯蔵量は少ない方
が望ましく、燃料電池の発電量が小さいときは逆に貯蔵
量が多い方が望ましい。The reference value of the hydrogen gas storage amount in the buffer tank is 40 to 85 with respect to the maximum fuel gas amount determined by the maximum pressure of the buffer tank in order to discharge the fuel when the load increases and to store the fuel when the load decreases. % Is desirable.
It is desirable that the reference value of the hydrogen gas storage amount be an appropriate value according to the power generation amount of the fuel cell. That is, when the power generation amount of the fuel cell is close to the maximum, the necessary hydrogen amount is unlikely to increase, and when the load demand decreases, there is a high possibility that surplus fuel is generated. More preferably, when the power generation amount of the fuel cell is small, it is desirable that the storage amount is large.
【0042】緩衝タンクを備える燃料電池システムは、
蓄電手段を備えること無く急激な負荷変動に応答するこ
とができるが、例えば、電気自動車等の用途の場合に
は、減速時にモータで発電を行うことで減速時のエネル
ギーを回収でき、エネルギー効率を高めることができ
る。蓄電手段を備える場合は、上記のように蓄電手段以
外の燃料電池システムと連携した制御を行うことが望ま
しい。A fuel cell system having a buffer tank
It can respond to a sudden load change without having a power storage means.For example, in the case of an application such as an electric vehicle, it is possible to recover the energy at the time of deceleration by generating electric power with a motor at the time of deceleration, and to improve energy efficiency Can be enhanced. When a power storage means is provided, it is desirable to perform control in cooperation with a fuel cell system other than the power storage means as described above.
【0043】燃料電池システムをコンパクトにするため
には、燃料ガス製造手段の動作圧力を高めることによ
り、燃料ガス製造手段内の反応器、即ち改質反応器、シ
フト反応器、CO除去器の体積を小さくすることができ
る。To make the fuel cell system compact, the operating pressure of the fuel gas producing means is increased to increase the volume of the reactors in the fuel gas producing means, ie, the reforming reactor, the shift reactor, and the CO remover. Can be reduced.
【0044】反応器の圧力を高めるためには、改質反応
器に供給する燃料および水を液体の状態で加圧すればよ
いので、加圧のための補機動力増加は少ない。In order to increase the pressure of the reactor, the fuel and water to be supplied to the reforming reactor may be pressurized in a liquid state, so that an increase in auxiliary power for pressurization is small.
【0045】一方、燃料電池の動作圧力を高めることで
燃料電池の性能を高めることができるが、圧力を高める
ことにより性能が高くなるのは空気極側であり、空気極
側のブロワを駆動する補機動力も増大するため、メリッ
トが少ない。従って、燃料ガス製造手段の圧力を燃料電
池の動作圧力よりも高くする。On the other hand, the performance of the fuel cell can be enhanced by increasing the operating pressure of the fuel cell. However, the performance is enhanced by increasing the pressure on the air electrode side, and the blower on the air electrode side is driven. There is little merit because the power of auxiliary equipment also increases. Therefore, the pressure of the fuel gas producing means is made higher than the operating pressure of the fuel cell.
【0046】燃料ガス製造手段のコンパクト化には、燃
料電池との動作圧力の差は少なくとも1kg/cm2以
上であることが望ましい。In order to make the fuel gas producing means compact, it is desirable that the difference in operating pressure from the fuel cell is at least 1 kg / cm 2 or more.
【0047】燃料ガス製造手段と燃料電池との間に動作
圧力の差があるため、緩衝タンクの出入り口に備える調
節弁を用いて緩衝タンクの圧力を調節することで、緩衝
タンク内に貯える燃料ガス量を調節することができる。
従って、コンプレッサー等の昇圧手段が不要となり、補
機動力によるエネルギー損失を抑制できる。Since there is a difference in operating pressure between the fuel gas producing means and the fuel cell, the pressure in the buffer tank is adjusted by using a control valve provided at the entrance and exit of the buffer tank, so that the fuel gas stored in the buffer tank is adjusted. The amount can be adjusted.
Therefore, a booster such as a compressor is not required, and energy loss due to auxiliaries can be suppressed.
【0048】さらに、緩衝タンクを水素吸蔵合金を充填
した水素吸蔵タンクとすることで、緩衝タンク内に燃料
電池の燃料極で反応する水素のみを貯蔵することがで
き、タンクの体積をよりコンパクトにすることができ
る。この水素吸蔵合金は室温、大気圧で400リットル
の水素を約1リットル(10キログラム)程度にするこ
とができる。Furthermore, by using a hydrogen storage tank filled with a hydrogen storage alloy as the buffer tank, only hydrogen reacting at the fuel electrode of the fuel cell can be stored in the buffer tank, and the volume of the tank can be made more compact. can do. The hydrogen storage alloy can reduce 400 liters of hydrogen to about 1 liter (10 kilograms) at room temperature and atmospheric pressure.
【0049】この場合、燃料ガス製造手段と燃料電池の
動作圧力の差を用いて緩衝タンク内で水素を吸蔵/放出
することができ、緩衝タンクを作動させるための補機動
力を必要としない。なお、緩衝タンクの水素吸蔵/放出
の速度が負荷要求の変動速度を満足する必要があり、水
素吸蔵合金と燃料ガスの接触面積を大きくし、緩衝タン
ク内で燃料ガスが流通するときの圧力損失を小さくしな
ければならない。このため、緩衝タンク内の水素吸蔵合
金量は緩衝タンクの容積の20〜85%が望ましい。In this case, hydrogen can be stored / released in the buffer tank by using the difference between the operating pressures of the fuel gas producing means and the fuel cell, and the auxiliary power for operating the buffer tank is not required. In addition, the speed of hydrogen storage / release in the buffer tank must satisfy the fluctuation speed of the load requirement, the contact area between the hydrogen storage alloy and the fuel gas is increased, and the pressure loss when the fuel gas flows in the buffer tank is increased. Must be reduced. For this reason, the amount of the hydrogen storage alloy in the buffer tank is desirably 20 to 85% of the volume of the buffer tank.
【0050】水素吸蔵合金は、水素を放出するときに約
20〜30kJ/molH2の吸熱し、水素を吸蔵する
ときには逆に発熱する。水素の吸蔵,放出時の反応熱に
より水素吸蔵合金の温度が変化すると、水素吸蔵合金の
解離圧が変化して吸蔵や放出ができなくなる。従って、
水素吸蔵合金の温度変化を抑制する手段が必要である。The hydrogen storage alloy absorbs about 20 to 30 kJ / molH 2 when releasing hydrogen, and generates heat when storing hydrogen. When the temperature of the hydrogen storage alloy changes due to the heat of reaction at the time of hydrogen storage and release, the dissociation pressure of the hydrogen storage alloy changes and storage and release become impossible. Therefore,
A means for suppressing a temperature change of the hydrogen storage alloy is required.
【0051】このため、燃料電池温度を一定にする冷媒
循環系を緩衝タンク内に設けた熱交換器に接続する方法
がある。冷媒循環系の循環経路を燃料電池内の熱交換
部、緩衝タンク内の熱交換部、ラジエータの順とするこ
とで、緩衝タンク内の温度を外気温の影響を受けずに、
燃料電池温度に近い温度とすることができる。For this reason, there is a method of connecting a refrigerant circulation system for keeping the fuel cell temperature constant to a heat exchanger provided in the buffer tank. By setting the circulation path of the refrigerant circulation system in the order of the heat exchange part in the fuel cell, the heat exchange part in the buffer tank, and the radiator, the temperature in the buffer tank is not affected by the outside air temperature.
The temperature can be close to the fuel cell temperature.
【0052】緩衝タンクに用いる水素吸蔵合金は、解離
圧が1〜10kg/cm2の範囲で、燃料ガス中に含ま
れる二酸化炭素や微量の一酸化炭素により被毒されにく
い合金組成であることが望ましい。こうした合金組成と
しては、モル分率でランタンが3%以上、かつ、ニッケ
ルが50%以上のランタン−ニッケル系合金、ミッシュ
メタル−ニッケル系合金がある。The hydrogen storage alloy used for the buffer tank may have an alloy composition that is hardly poisoned by carbon dioxide and a trace amount of carbon monoxide contained in the fuel gas when the dissociation pressure is in the range of 1 to 10 kg / cm 2. desirable. Such alloy compositions include a lanthanum-nickel alloy and a misch metal-nickel alloy in which lanthanum is at least 3% by mole and nickel is at least 50%.
【0053】上記合金には一般的に解離圧の調節などの
目的でアルミニウム、クロム、マンガン、コバルト、シ
リカなどの第3元素が添加されるが、本発明は、こうし
た第3元素の添加を妨げるものではない。In general, a third element such as aluminum, chromium, manganese, cobalt or silica is added to the above alloy for the purpose of adjusting the dissociation pressure. The present invention prevents the addition of such a third element. Not something.
【0054】緩衝タンクは、燃料ガス製造手段と燃料電
池との間に配置するが、燃料ガス製造手段と燃料電池を
直接接続するバイパス配管を設置し、緩衝タンクの出入
り口およびバイパス配管の調節弁を制御して、緩衝タン
クの貯蔵量を調節する構造とすると、バイパス配管の無
い構成よりも制御が容易になる。即ち、バイパス配管の
調節弁を閉じ、緩衝タンク入口の調節弁を開き、緩衝タ
ンク出口の調節弁の前後で、燃料ガス製造手段と燃料電
池の圧力差がつくように調節すると、緩衝タンクへの貯
蔵速度が最大となる。The buffer tank is disposed between the fuel gas producing means and the fuel cell. A bypass pipe for directly connecting the fuel gas producing means and the fuel cell is provided, and an inlet / outlet of the buffer tank and a control valve for the bypass pipe are provided. When the control is performed to adjust the storage amount of the buffer tank, the control becomes easier than the configuration without the bypass pipe. That is, the control valve of the bypass pipe is closed, the control valve at the buffer tank inlet is opened, and before and after the control valve at the buffer tank outlet, the pressure difference between the fuel gas production means and the fuel cell is adjusted. Maximum storage speed.
【0055】緩衝タンク入口の調節弁を閉じ、バイパス
配管の調節弁の前後で燃料ガス製造手段と燃料電池の圧
力差、および、緩衝タンク出口の調節弁の前後で緩衝タ
ンクと燃料電池の圧力差がつくように調節すると緩衝タ
ンクからの放出速度が最大となり、燃料ガス製造手段か
らも直接燃料が供給されるので、燃料電池への燃料供給
速度が最大となる。The control valve at the buffer tank inlet is closed, and the pressure difference between the fuel gas producing means and the fuel cell before and after the bypass pipe control valve, and the pressure difference between the buffer tank and the fuel cell before and after the buffer tank outlet control valve. When the adjustment is made so that the fuel gas is supplied from the buffer gas tank, the discharge speed from the buffer tank is maximized, and the fuel supply speed to the fuel cell is maximized.
【0056】燃料ガス製造手段B1と燃料電池9の動作
圧力の差は、燃料電池9の空気極へのブロワ動力として
回収することができる。この場合、燃料ガス製造手段B
1から燃料電池9に供給する燃料ガス量と動力が比例
し、空気極が必要な空気量も燃料ガス量と比例するの
で、制御が容易になる。The difference between the operating pressure of the fuel gas producing means B1 and the operating pressure of the fuel cell 9 can be recovered as blower power for the air electrode of the fuel cell 9. In this case, the fuel gas producing means B
Since the amount of fuel gas supplied from 1 to the fuel cell 9 is proportional to the power, and the amount of air required for the air electrode is also proportional to the amount of fuel gas, control becomes easy.
【0057】緩衝タンク8に水素吸蔵合金を用いた場
合、合金の水素吸蔵中には緩衝タンクの出口ガスの水素
濃度が低く、相対的に炭酸ガスおよび一酸化炭素ガスの
濃度が高くなる。When a hydrogen storage alloy is used for the buffer tank 8, the hydrogen concentration in the outlet gas of the buffer tank is low and the concentrations of carbon dioxide gas and carbon monoxide gas are relatively high during the hydrogen storage of the alloy.
【0058】緩衝タンク8の出口から燃料ガス製造手段
B1内の燃焼器17に接続する第2のバイパス配管を設
置し、水素の吸蔵中には緩衝タンクの出口ガスを直接燃
焼器17に導き、燃料電池9は燃料ガス製造手段B1か
ら直接供給される燃料を用いて、水素利用率を高めるこ
とにより、緩衝タンク8より排出される低水素濃度の燃
料を使用する必要がなくなる。A second bypass pipe connected from the outlet of the buffer tank 8 to the combustor 17 in the fuel gas producing means B1 is installed, and the outlet gas of the buffer tank is led directly to the combustor 17 during storage of hydrogen. The fuel cell 9 uses the fuel directly supplied from the fuel gas producing means B1 to increase the hydrogen utilization rate, so that it is not necessary to use the fuel with a low hydrogen concentration discharged from the buffer tank 8.
【0059】以上の燃料電池発電システムは、負荷変動
の大きい使用方法、例えば、移動体電源、電気自動車等
への適用が好ましく、燃料電池としては出力密度が高い
高分子固体電解質型の燃料電池が好適である。The above-described fuel cell power generation system is preferably applied to a usage method having a large load variation, for example, a mobile power source, an electric vehicle, and the like. As the fuel cell, a polymer solid electrolyte type fuel cell having a high output density is used. It is suitable.
【0060】[0060]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、緩衝タンク8を備えた燃料電池発電シス
テムの一例である。炭素および水素を含む化合物の燃料
を、改質反応器4内で水素を含む燃料ガスに変換する燃
料ガス製造手段B1、燃料ガスの供給を受けて直流発電
を行う燃料電池系B2、直交変換を行い負荷に接続され
る電気系B3、および、燃料ガス製造手段B1と燃料電
池系B2との間に設置される緩衝タンク系B4で構成さ
れる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an example of a fuel cell power generation system including a buffer tank 8. A fuel gas production means B1 for converting a fuel of a compound containing carbon and hydrogen into a fuel gas containing hydrogen in the reforming reactor 4, a fuel cell system B2 for receiving a supply of the fuel gas and performing DC power generation, And a buffer tank system B4 installed between the fuel gas producing means B1 and the fuel cell system B2.
【0061】燃料ガス製造手段B1では、水蒸気改質器
燃料用ポンプ1で燃料タンク(図示省略)から供給され
る燃料を、水蒸気改質器用水ポンプ2で水を燃料気化器
3に送って気化させ、改質反応器4に導入する。In the fuel gas producing means B 1, fuel supplied from a fuel tank (not shown) by the steam reformer fuel pump 1 is sent to the fuel vaporizer 3 by sending water to the fuel vaporizer 3 by the steam reformer water pump 2. And introduced into the reforming reactor 4.
【0062】改質反応器4では、水蒸気改質反応により
水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水、および微量の未反
応燃料ガス等の混合ガスである合成ガスが製造される。
この合成ガスはシフトコンバータ5で、一酸化炭素と水
蒸気を反応させて水素と二酸化炭素とし、一酸化炭素濃
度約1%程度にした後、CO選択酸化器6で一酸化炭素
を選択的に燃焼して二酸化炭素にする。In the reforming reactor 4, a synthesis gas, which is a mixed gas of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water, and a small amount of unreacted fuel gas, is produced by a steam reforming reaction.
This synthesis gas is reacted with carbon monoxide and water vapor in a shift converter 5 to produce hydrogen and carbon dioxide, and after the carbon monoxide concentration is about 1%, the carbon monoxide is selectively combusted in a CO selective oxidizer 6. To carbon dioxide.
【0063】CO選択酸化器6には、酸化剤としてCO
選択酸化器用ブロワ7により適宜空気が供給され、一酸
化炭素濃度を100ppm以下の燃料ガスを製造する。The CO selective oxidizer 6 has CO as an oxidizing agent.
Air is appropriately supplied by the selective oxidizer blower 7 to produce a fuel gas having a carbon monoxide concentration of 100 ppm or less.
【0064】緩衝タンク系B4は、燃料ガス製造手段B
1と燃料電池系B2を結ぶ配管と並列に設置され、緩衝
タンク8および緩衝タンク8へ燃料ガスを充填するため
の緩衝タンク充填用ブロワ26、緩衝タンク8の出入り
口の流量を調節する緩衝タンク入口弁18、緩衝タンク
出口弁19で構成される。The buffer tank system B4 includes the fuel gas producing means B
1 and a fuel cell system B2, installed in parallel with a pipe, and a buffer tank 8 and a buffer tank filling blower 26 for filling the buffer tank 8 with fuel gas, and a buffer tank inlet for adjusting the flow rate at the entrance and exit of the buffer tank 8 It comprises a valve 18 and a buffer tank outlet valve 19.
【0065】燃料電池系B2は、一対の電極および両電
極間に位置するプロトン導電性の電解質を有するセルを
積層してなる燃料電池9、燃料電池9に導入する燃料ガ
スを加湿するための燃料極加湿用水ポンプ14および燃
料極用加湿器15、燃料電池9に導入する空気用の燃料
電池空気極用ブロワ10、該ブロワ10から供給される
空気を加湿する空気極加湿用水ポンプ12および空気極
用加湿器13で構成される。The fuel cell system B2 comprises a fuel cell 9 comprising a pair of electrodes and a cell having a proton conductive electrolyte located between the electrodes, and a fuel for humidifying the fuel gas introduced into the fuel cell 9. Polar humidification water pump 14 and fuel electrode humidifier 15, fuel cell air electrode blower 10 for air introduced into fuel cell 9, air electrode humidification water pump 12 for humidifying air supplied from blower 10, and air electrode Humidifier 13.
【0066】電気系B3は、燃料電池9の直流出力を交
流に変換する燃料電池系用インバータ51、該インバー
タの交流出力に接続される電気負荷52より構成され
る。The electric system B3 comprises a fuel cell system inverter 51 for converting the DC output of the fuel cell 9 into AC, and an electric load 52 connected to the AC output of the inverter.
【0067】なお、電気系B3には、図1に示すように
燃料電池系用インバータ51と並列に蓄電手段用インバ
ータ54を設置し、二次電池等からなる蓄電手段53を
接続してもよい。また、燃料電池9と蓄電手段53をD
C/DCコンバータで接続し、電気負荷52と蓄電手段
53を蓄電手段用インバータ54で接続する方法等もあ
る。In the electric system B3, as shown in FIG. 1, an inverter 54 for a power storage means may be installed in parallel with the inverter 51 for the fuel cell system, and a power storage means 53 composed of a secondary battery or the like may be connected. . In addition, the fuel cell 9 and the power storage
There is also a method of connecting with a C / DC converter and connecting the electric load 52 and the power storage means 53 with the power storage means inverter 54.
【0068】燃料電池9から排出される酸化剤排ガスは
復水器11で気液分離を行い、凝縮水を水蒸気改質器用
水ポンプ2、空気極加湿用水ポンプ12、および、燃料
極加湿用水ポンプ14への水の供給源とする。復水器1
1より排出されるガスは系外に放出される。The oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell 9 is subjected to gas-liquid separation in the condenser 11, and the condensed water is supplied to the steam reformer water pump 2, the air electrode humidification water pump 12, and the fuel electrode humidification water pump. 14 as a source of water. Condenser 1
The gas discharged from 1 is discharged out of the system.
【0069】燃料電池9から排出される燃料排ガスは、
燃焼器用ブロワ16から供給される空気と混合されて、
燃焼器17に導かれる。燃焼器17での燃焼熱は、改質
反応器4で必要な反応熱となる。改質反応器4が、必要
な熱量を燃料電池9の燃料排ガスで賄うことができない
場合には、燃料タンクから供給される燃料を燃焼器用燃
料ポンプ20で燃焼器燃料用気化器21を経由して燃焼
器17に導く。The fuel exhaust gas discharged from the fuel cell 9 is
Mixed with air supplied from the combustor blower 16,
It is led to the combustor 17. The heat of combustion in the combustor 17 becomes the reaction heat required in the reforming reactor 4. If the reforming reactor 4 cannot cover the required amount of heat with the fuel exhaust gas from the fuel cell 9, the fuel supplied from the fuel tank is passed through the combustor fuel vaporizer 21 by the combustor fuel pump 20. To the combustor 17.
【0070】以上の構成は各機器が別々となる必要はな
い。例えば、燃料製造手段B1の燃料気化器3、改質反
応器4、シフトコンバータ5、CO選択酸化器6、燃焼
器燃料用気化器21が一体となった燃料プロセッサ、燃
料電池系B2の燃料電池9、空気極用加湿器13、燃料
極用加湿器15が一体となった内部加湿燃料電池として
もよい。In the above configuration, each device does not need to be separate. For example, a fuel processor in which the fuel vaporizer 3, the reforming reactor 4, the shift converter 5, the CO selective oxidizer 6, and the combustor fuel vaporizer 21 of the fuel production means B1 are integrated, a fuel cell of the fuel cell system B2 9, an internal humidifier fuel cell in which the air electrode humidifier 13 and the fuel electrode humidifier 15 are integrated.
【0071】以上のような構成の燃料電池発電システム
を、負荷応答制御するためのコントローラC1の構成を
図2に示す。FIG. 2 shows the configuration of the controller C1 for controlling the load response of the fuel cell power generation system having the above configuration.
【0072】コントローラC1は、データ保存用メモリ
C2、プログラム保存用メモリC3、演算装置C4で構
成され、燃料電池システム内に配置した検出手段より負
荷要求D1、燃料ガス製造手段B1出口水素流量D2、
緩衝タンク8温度,圧力D3、蓄電手段53蓄電量D
4、燃料電池系B2出口水素流量D5等のデータを入力
し、燃焼器用燃料ポンプ20燃料供給量D6、燃焼器用
ブロワ16空気供給量D7緩衝タンク系B4制御値D
8、水蒸気改質器燃料用ポンプ1燃料供給量D9、水蒸
気改質器用水ポンプ2水供給量D10、燃料電池系B2
制御値D13、燃料電池系用インバータ51出力D1
1、および、蓄電手段用インバータ54出力D12等を
出力する。The controller C1 comprises a memory C2 for storing data, a memory C3 for storing programs, and an arithmetic unit C4. A load request D1, a hydrogen gas flow rate D2 at the outlet of the fuel gas production means B1,
Buffer tank 8 temperature, pressure D3, power storage means 53 power storage amount D
4. Input data such as the hydrogen flow rate D5 at the outlet of the fuel cell system B2, the fuel supply amount D6 for the combustor fuel pump 20, the air supply amount D16 for the combustor blower D7, the buffer tank system B4 control value D
8, steam reformer fuel pump 1 fuel supply amount D9, steam reformer water pump 2 water supply amount D10, fuel cell system B2
Control value D13, output D1 of fuel cell system inverter 51
1 and the output D12 of the inverter 54 for the electric storage means.
【0073】コントローラC1は、例えば、CO選択酸
化器用ブロワ7の制御に関してシフトコンバータ5の出
口一酸化炭素流量を入力し、CO選択酸化器用ブロワ7
の空気供給量を出力する等の上記項目以外の制御に関す
る入出力を兼ねることも可能である。また、上記項目以
外の制御に関するコントローラを別途設けることもでき
る。The controller C1 inputs, for example, the flow rate of carbon monoxide at the outlet of the shift converter 5 for controlling the blower 7 for the CO selective oxidizer, and controls the blower 7 for the CO selective oxidizer.
It is also possible to double as an input / output for control other than the above items, such as outputting the air supply amount. Further, a controller for control other than the above items can be separately provided.
【0074】上記のコントローラC1の動作の一例をフ
ローチャートとして、図3および図4に示す。この動作
手順はプログラム保存用メモリC3に保持され、演算装
置C4の動作手順となる。FIGS. 3 and 4 show an example of the operation of the controller C1 as a flowchart. This operation procedure is held in the program storage memory C3 and becomes the operation procedure of the arithmetic unit C4.
【0075】基本的な手順の構成は図3の計測ステップ
(SB10)、短時間に負荷変動に応じるステップ(S
B20)、図4の燃料ガス製造手段の応答速度に応じて
緩衝タンク内の水素貯蔵量等が基準値となるように、燃
料製造量を調節するステップ(SB30)の3ステップ
で構成される。The basic procedure consists of a measurement step (SB10) in FIG. 3 and a step (S10) corresponding to a load change in a short time.
B20), and a step (SB30) of adjusting the fuel production amount so that the hydrogen storage amount or the like in the buffer tank becomes a reference value according to the response speed of the fuel gas producing means in FIG.
【0076】上記の計測ステップ(SB10)では、燃
料電池システム内の状態を検出するための検出手段とし
て、電気自動車の場合のアクセル開度に相当する負荷要
求52検出手段、燃料ガス製造手段B1出口の水素流量
検出手段、緩衝タンク8の温度,圧力検出手段、およ
び、燃料電池系B2の燃料排ガス中の水素流量検出手段
を有す。In the above-mentioned measuring step (SB10), as the detecting means for detecting the state in the fuel cell system, the load request 52 detecting means corresponding to the accelerator opening in the case of an electric vehicle, the fuel gas producing means B1 outlet , A means for detecting the temperature and pressure of the buffer tank 8, and a means for detecting the amount of hydrogen in the fuel exhaust gas of the fuel cell system B2.
【0077】本実施例では蓄電手段53を備えているの
で、蓄電手段53の充放電容量を検出する手段も備えて
いる。検出手段の測定結果はコントローラC1のデータ
保存用メモリC2に入力(S10)され、データ保存用
メモリC2には少なくとも前回、好ましくは2回以上前
の測定結果を保持する。In this embodiment, since the power storage means 53 is provided, a means for detecting the charge / discharge capacity of the power storage means 53 is also provided. The measurement result of the detecting means is input to the data storage memory C2 of the controller C1 (S10), and the data storage memory C2 holds at least the previous measurement result, preferably two or more previous measurement results.
【0078】図3において、負荷変動に応じるステップ
(SB20)は次の通りである。図5に示すように、燃
料電池内での水素利用率は、燃料電池の燃料排ガスの燃
焼により燃料ガス製造手段が必要な熱を賄うことができ
る熱バランス水素利用率U1と、燃料電池内で水素が不
足する部分が発生しない最大の利用率である最大水素利
用率U2との間の適当な利用率で運転される。In FIG. 3, the step (SB20) according to the load fluctuation is as follows. As shown in FIG. 5, the hydrogen utilization rate in the fuel cell includes a heat balance hydrogen utilization rate U1 at which the fuel gas producing means can cover the required heat by burning the fuel exhaust gas from the fuel cell, and a hydrogen utilization rate within the fuel cell. The operation is performed at an appropriate utilization rate between the maximum utilization rate U2, which is the maximum utilization rate at which no hydrogen deficient portion is generated.
【0079】まず、要求される負荷に対して熱バランス
水素利用率U1、最大水素利用率U2、熱バランス水素
利用率と最大水素利用率の間の適当な水素利用率である
基準水素利用率U3のそれぞれの場合に必要な水素流
量、および、製造される水素流量を算出する。First, a heat balance hydrogen utilization rate U1, a maximum hydrogen utilization rate U2, and a reference hydrogen utilization rate U3 which is an appropriate hydrogen utilization rate between the heat balance hydrogen utilization rate and the maximum hydrogen utilization rate for a required load. In each case, the required hydrogen flow rate and the hydrogen flow rate to be produced are calculated.
【0080】上記の必要な水素量は次式〔1〕のように
して求められる。燃料電池9の出力をW、積層数をm、
第nセルの電圧をVnとすると、The required amount of hydrogen is obtained as in the following equation [1]. The output of the fuel cell 9 is W, the number of stacks is m,
When the voltage of the n-cell and V n,
【0081】[0081]
【数1】 (Equation 1)
【0082】ここで、セルの電圧Vnは負荷電流I、水
素利用率uH2、酸素利用率uO2、電池温度Tの関数とし
ているが、その他に燃料および空気の加湿量、積算の運
転時間などのパラメータを加えることもできる。このと
き、必要な水素量は次式〔2〕となる。Here, the cell voltage V n is a function of the load current I, the hydrogen utilization rate u H2 , the oxygen utilization rate u O2 , and the battery temperature T. In addition, the humidification amounts of fuel and air, and the total operating time And other parameters can be added. At this time, the required amount of hydrogen is represented by the following equation [2].
【0083】[0083]
【数2】 (Equation 2)
【0084】ここで、必要な水素のモル流量をfH2、フ
ァラデー定数をFとする。本実施例では酸素利用率uO2
を40%と固定し、熱バランス水素利用率U1を70
%、最大水素利用率U2を90%として制御を行ったの
で、〔1〕式および〔2〕式より、各々の場合の必要な
水素量fH2が求められる。Here, the required molar flow rate of hydrogen is f H2 and the Faraday constant is F. In this embodiment, the oxygen utilization rate u O2
Is fixed at 40%, and the heat balance hydrogen utilization rate U1 is 70%.
% And the maximum hydrogen utilization rate U2 are set to 90%, so that the required hydrogen amount f H2 in each case can be obtained from the equations [1] and [2].
【0085】製造されている水素量は、データ保存用メ
モリC2に保持された燃料ガス製造手段B1出口水素流
量D2より、燃料ガス製造手段B2出口と燃料電池9間
の配管容積分の到達時間を計算して求める(S20)。The amount of hydrogen being produced is determined by the arrival time of the pipe volume between the outlet of the fuel gas producing means B2 and the fuel cell 9 based on the hydrogen flow rate D2 at the outlet of the fuel gas producing means B1 held in the data storage memory C2. It is obtained by calculation (S20).
【0086】図3のS30では、製造されている水素流
量と必要水素量の大小比較を行う。製造水素量が熱バラ
ンス水素利用率での水素必要量と最大水素利用率での水
素必要量の範囲内であるときにはS220に、範囲外で
あるときにはS40に分岐する。At S30 in FIG. 3, the magnitude of the flow rate of the produced hydrogen and the required amount of hydrogen are compared. When the production hydrogen amount is within the range between the required hydrogen amount at the heat balance hydrogen utilization ratio and the required hydrogen amount at the maximum hydrogen utilization ratio, the process branches to S220, and when it is outside the range, the process branches to S40.
【0087】S210では、緩衝タンク8の燃料貯蔵量
および蓄電手段53を備えているシステムでは蓄電量が
基準値を満たすか否かの判断を行う。基準値を満たさな
い場合にはS40に、満たす場合にはS210に分岐す
る。In S210, it is determined whether or not the amount of stored power in the buffer tank 8 and the system provided with the power storage means 53 satisfy the reference value. If the reference value is not satisfied, the process branches to S40, and if it is satisfied, the process branches to S210.
【0088】本実施例では、緩衝タンク8の燃料貯蔵量
基準値として、燃料電池9の出力が最大値のときには最
大貯蔵量の10%、出力が0のときには最大貯蔵量の9
0%とし、燃料電池9の出力と燃料貯蔵量の基準値の関
係を1次の関係として、基準範囲を基準値±10%の範
囲でS210の判断条件とした。In this embodiment, as the fuel storage amount reference value of the buffer tank 8, 10% of the maximum storage amount when the output of the fuel cell 9 is the maximum value, and 9% of the maximum storage amount when the output is 0.
0%, the relationship between the output of the fuel cell 9 and the reference value of the fuel storage amount was set as a first-order relationship, and the reference range was set as the determination condition of S210 within a range of the reference value ± 10%.
【0089】蓄電手段53の蓄電量の基準範囲として
は、燃料電池9の出力が最大値のときには最大蓄電量の
20%、出力が0のときには最大蓄電量の80%とし、
燃料電池9の出力と燃料貯蔵量の基準値を1次の関係と
して、基準範囲を基準値±20%の範囲でS210の判
断条件とした。When the output of the fuel cell 9 is at the maximum value, the reference range of the storage amount is 20% of the maximum storage amount, and when the output is 0, the reference range is 80% of the maximum storage amount.
The output of the fuel cell 9 and the reference value of the fuel storage amount were set as a first-order relationship, and the reference range was set as the determination condition of S210 within a range of the reference value ± 20%.
【0090】S40では、製造水素量<最大水素利用率
必要量のときは水素利用率を最大とし、製造水素量>バ
ランス水素利用率必要量のときは水素利用率をバランス
水素利用率とし、負荷要求値を満たすように緩衝タンク
8および蓄電手段53を動作させるように、緩衝タンク
系B4制御値(D8)、インバータ51出力(D1
1)、インバータ54出力(D12)、および燃料電池
系B2制御値(D13)を算出する。In S40, the hydrogen utilization rate is maximized when the production hydrogen amount <the maximum required hydrogen utilization rate, and the hydrogen utilization rate is regarded as the balanced hydrogen utilization rate when the production hydrogen quantity> the required balance hydrogen utilization rate. The buffer tank system B4 control value (D8) and the output of the inverter 51 (D1) are set so that the buffer tank 8 and the power storage means 53 are operated to satisfy the required value.
1) Calculate the inverter 54 output (D12) and the fuel cell system B2 control value (D13).
【0091】S250では、緩衝タンク8の貯蔵量およ
び蓄電手段53の蓄電量と貯蔵量および蓄電量の基準値
との差に応じて、緩衝タンク8への燃料の入出量、蓄電
手段53の充放電量、燃料電池9の発電量を定めてイン
バータ51出力(D11)、インバータ54出力(D1
2)、緩衝タンク系B4制御値(D8)、および、燃料
電池系B2制御値(D13)を算出する。このとき、燃
料電池9の発電量は最大水素利用率と熱バランス水素利
用率との間で運転できる制御値とする。S50ではS4
0あるいはS250で算出した制御値を各機器に出力す
る。In S250, the amount of fuel flowing into and out of the buffer tank 8 and the amount of charge of the power The output of the inverter 51 (D11) and the output of the inverter 54 (D1
2) Calculate the buffer tank system B4 control value (D8) and the fuel cell system B2 control value (D13). At this time, the power generation amount of the fuel cell 9 is set to a control value that allows operation between the maximum hydrogen utilization rate and the heat balance hydrogen utilization rate. In S50, S4
The control value calculated in step S250 is output to each device.
【0092】S230では、S220で算出した制御値
を各機器に出力し、S240ではインバータ54出力
(D12)および緩衝タンク系B4制御値(D8)とし
て、蓄電手段53の充放電および緩衝タンク8への燃料
の入出量が0となる制御信号を出力する。In step S230, the control value calculated in step S220 is output to each device. In step S240, the output of the inverter 54 (D12) and the buffer tank system B4 control value (D8) are output to the charge / discharge of the power storage means 53 and the buffer tank 8. A control signal is output to make the fuel inflow / outflow of zero.
【0093】S60では、S50あるいはS230の指
示により、燃料電池9より排出される燃料排ガスの燃焼
熱変化を補うために、燃焼器17に供給する燃料および
空気量を調節するための制御値を算出する。即ち、燃焼
器用燃料ポンプ20の制御値(D6)および燃焼器用ブ
ロワ16の制御値(D7)を算出する。S70では、S
60で算出したD6およびD7の制御値を出力する。In S60, a control value for adjusting the amount of fuel and air supplied to the combustor 17 to compensate for the change in combustion heat of the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell 9 is calculated according to the instruction in S50 or S230. I do. That is, the control value (D6) of the combustor fuel pump 20 and the control value (D7) of the combustor blower 16 are calculated. In S70, S
The control values of D6 and D7 calculated in 60 are output.
【0094】燃料製造量を調節するステップ(SB3
0)は次のとおりである。S310では、SB10で入
力したシステム稼動状況D1〜D5、および、SB20
で出力した制御値D6〜D13を元に、緩衝タンク8の
水素貯蔵量および蓄電手段53の蓄電量の変化を予測す
る。Step of Adjusting Fuel Production (SB3)
0) is as follows. In S310, the system operation statuses D1 to D5 input in SB10 and SB20
Based on the control values D6 to D13 output in step (1), changes in the hydrogen storage amount of the buffer tank 8 and the power storage amount of the power storage unit 53 are predicted.
【0095】S320では、改質反応器4と燃焼器17
との間の熱伝導度や熱容量で決定される改質器の応答速
度に応じて、緩衝タンク8の水素貯蔵量および蓄電手段
53の蓄電量が基準値に近づくための燃焼器用燃料ポン
プ20、燃焼器用ブロワ16、水蒸気改質器燃料用ポン
プ1、および、水蒸気改質器用水ポンプ2の動作手順を
算出する。In S320, the reforming reactor 4 and the combustor 17
The fuel pump 20 for the combustor for the hydrogen storage amount of the buffer tank 8 and the power storage amount of the power storage means 53 to approach the reference value in accordance with the response speed of the reformer determined by the heat conductivity and the heat capacity between The operation procedure of the combustor blower 16, the steam reformer fuel pump 1, and the steam reformer water pump 2 is calculated.
【0096】S330では、S320で算出した動作手
順を制御値D6、D7、D9およびD10として出力
し、負荷応答の手順を終了する。In S330, the operation procedure calculated in S320 is output as control values D6, D7, D9 and D10, and the procedure of the load response ends.
【0097】以上の動作を行うコントローラを、図1の
3kW燃料電池システムに適用して負荷応答性の試験を
行った。The controller performing the above operation was applied to the 3 kW fuel cell system shown in FIG. 1 to perform a load responsiveness test.
【0098】100msでの負荷応答を得るために、図
3および図4の負荷応答手順を100ms毎に動作させ
た結果、緩衝タンク8の水素貯蔵量および蓄電手段53
の蓄電量が過不足なく、負荷応答が可能であった。In order to obtain a load response at 100 ms, the load response procedure shown in FIGS. 3 and 4 was operated every 100 ms.
The load response was possible without excess or deficiency in the amount of stored electricity.
【0099】改質器の動作を100ms間隔で制御する
必要がないことから、図6に示す手順により、Nmax
を10とし、SB10およびSB20の制御を100m
s間隔、SB30を1s間隔で制御する負荷応答性試験
を行った場合にも、緩衝タンク8の水素貯蔵量および蓄
電手段53の蓄電量が過不足なく、負荷応答が可能であ
った。Since it is not necessary to control the operation of the reformer at intervals of 100 ms, the procedure shown in FIG.
Is set to 10 and the control of SB10 and SB20 is set to 100 m
Even when a load responsiveness test in which the s interval and the SB 30 were controlled at 1 s intervals was performed, the load response was possible without any excess or deficiency of the hydrogen storage amount of the buffer tank 8 and the power storage amount of the power storage means 53.
【0100】図7は、図1の構成の緩衝タンク充填用ブ
ロワ26を省略した構成を示す。燃料ガス製造手段B1
の動作圧力を燃料電池系B2より高め、燃料ガス製造手
段B1と燃料電池系B2の圧力差により緩衝タンク系B
4を動作させる。即ち、緩衝タンク8への燃料充填時に
は緩衝タンク入口弁18を開にし、緩衝タンク出口弁1
9を絞ることで、緩衝タンク8の圧力を燃料ガス製造手
段B1の圧力に近づける。緩衝タンク8からの燃料放出
時には逆に緩衝タンク入口弁18を絞り、緩衝タンク出
口弁19を開にする。FIG. 7 shows a configuration in which the buffer tank filling blower 26 of the configuration of FIG. 1 is omitted. Fuel gas production means B1
Operating pressure of the fuel cell system B2, and the pressure difference between the fuel gas production means B1 and the fuel cell system B2 causes the buffer tank system B to operate.
4 is operated. That is, when filling the buffer tank 8 with fuel, the buffer tank inlet valve 18 is opened and the buffer tank outlet valve 1 is opened.
The pressure of the buffer tank 8 is brought close to the pressure of the fuel gas producing means B1 by reducing the pressure of the fuel cell 9. When fuel is released from the buffer tank 8, the buffer tank inlet valve 18 is throttled and the buffer tank outlet valve 19 is opened.
【0101】本実施例では、燃料電池系B2の動作圧力
を0kg/cm2G(大気圧)、燃料ガス製造手段B1
の動作圧力を5kg/cm2Gとし、LaNi4.7Al
0.3合金を80%の体積率で充填した水素吸蔵合金タン
クを用いた。In this embodiment, the operating pressure of the fuel cell system B2 is set to 0 kg / cm 2 G (atmospheric pressure),
Operating pressure of 5 kg / cm 2 G, LaNi 4.7 Al
A hydrogen storage alloy tank filled with 0.3 alloy at a volume ratio of 80% was used.
【0102】3kWの燃料電池に対して、緩衝タンク8
として0.1リットルの水素吸蔵合金タンクを適用した
ところ、負荷応答性制御時に緩衝タンク8の容量範囲内
で制御可能であった。For a 3 kW fuel cell, the buffer tank 8
As a result, when a 0.1-liter hydrogen storage alloy tank was applied, the load could be controlled within the capacity range of the buffer tank 8 during load responsiveness control.
【0103】このとき、水素吸蔵合金タンクを用いた緩
衝タンク8の温度制御のため、図8に示す冷却水ポンプ
41、燃料電池内の熱交換部42、および、ラジエータ
44で構成される冷却系内に、緩衝タンク内の熱交換部
43を備えた構成とし、緩衝タンク8の温度を燃料電池
9の運転温度とほぼ等しい約75℃とした。At this time, in order to control the temperature of the buffer tank 8 using the hydrogen storage alloy tank, a cooling system comprising a cooling water pump 41, a heat exchange section 42 in a fuel cell, and a radiator 44 shown in FIG. And a heat exchange section 43 in the buffer tank, and the temperature of the buffer tank 8 is set to about 75 ° C. which is almost equal to the operating temperature of the fuel cell 9.
【0104】緩衝タンク8の燃料充填および放出の制御
を容易にするため、図7に示した構成の緩衝タンク8の
出入口を連結する緩衝タンクバイパス配管22を備えた
構成を図9に示す。FIG. 9 shows a configuration provided with a buffer tank bypass pipe 22 connecting the inlet and outlet of the buffer tank 8 having the configuration shown in FIG.
【0105】緩衝タンクバイパス配管22は、緩衝タン
クバイパス弁23を備えている。緩衝タンク8に燃料を
充填する場合には、緩衝タンク入口弁18を開にし、緩
衝タンクバイパス弁23および緩衝タンク出口弁19の
開度を調節する。緩衝タンク8から燃料を放出する場合
には、緩衝タンク入口弁18を閉にし、緩衝タンクバイ
パス弁23および緩衝タンク出口弁19の開度を調節す
る。緩衝タンク8の燃料の出入りを遮断する場合には、
緩衝タンク入口弁18および緩衝タンク出口弁19を閉
にし、緩衝タンクバイパス弁19の開度を調節する。The buffer tank bypass pipe 22 has a buffer tank bypass valve 23. When filling the buffer tank 8 with fuel, the buffer tank inlet valve 18 is opened, and the openings of the buffer tank bypass valve 23 and the buffer tank outlet valve 19 are adjusted. When discharging fuel from the buffer tank 8, the buffer tank inlet valve 18 is closed, and the openings of the buffer tank bypass valve 23 and the buffer tank outlet valve 19 are adjusted. When shutting out the fuel from the buffer tank 8,
The buffer tank inlet valve 18 and the buffer tank outlet valve 19 are closed, and the opening of the buffer tank bypass valve 19 is adjusted.
【0106】図10は、燃料ガス製造手段B1と燃料電
池系B2の圧力差を動力として回収する構成を示すもの
である。緩衝タンクバイパス配管22に膨張タービン2
3’および緩衝タンクバイパス弁23を備え、膨張ター
ビン23’の動力で動力回収ブロワ10’を駆動する構
成である。FIG. 10 shows a configuration in which the pressure difference between the fuel gas producing means B1 and the fuel cell system B2 is recovered as power. The expansion turbine 2 is connected to the buffer tank bypass pipe 22.
3 'and the buffer tank bypass valve 23, and the power recovery blower 10' is driven by the power of the expansion turbine 23 '.
【0107】図11は、図10の構成に加えて、緩衝タ
ンク8出口から燃料ガス製造手段B1内の燃焼器17に
接続する燃料電池系バイパス配管24、および、燃料電
池系バイパス配管24上に燃料電池系バイパス弁25を
設置した。FIG. 11 shows, in addition to the structure of FIG. 10, a fuel cell system bypass pipe 24 connected from the outlet of the buffer tank 8 to the combustor 17 in the fuel gas producing means B1, and a fuel cell system bypass pipe 24. The fuel cell system bypass valve 25 was installed.
【0108】水素吸蔵合金を用いた緩衝タンク8に水素
を吸蔵する場合には、緩衝タンク出口弁19を閉にし、
燃料電池系バイパス弁25を調節して、緩衝タンク8出
口ガスを直接燃焼器17に導く。緩衝タンク8に燃料を
充填する場合には、燃料電池バイパス弁25および緩衝
タンク入口弁18を閉にし、緩衝タンクバイパス弁23
および緩衝タンク出口弁19の開度を調節して、燃料電
池8に燃料を供給する。When storing hydrogen in the buffer tank 8 using a hydrogen storage alloy, the buffer tank outlet valve 19 is closed,
By adjusting the fuel cell system bypass valve 25, the outlet gas of the buffer tank 8 is led directly to the combustor 17. When filling the buffer tank 8 with fuel, the fuel cell bypass valve 25 and the buffer tank inlet valve 18 are closed, and the buffer tank bypass valve 23 is closed.
The fuel is supplied to the fuel cell 8 by adjusting the opening of the buffer tank outlet valve 19.
【0109】緩衝タンク出口ガスを直接燃焼器17に導
き、燃料電池9は燃料ガス製造手段B1から直接供給さ
れる燃料を用いて水素利用率を高めることにより、緩衝
タンク8より排出される低水素濃度の燃料を使用する必
要がなくなる。The gas discharged from the buffer tank 8 is directly introduced into the combustor 17, and the fuel cell 9 uses the fuel directly supplied from the fuel gas producing means B 1 to increase the hydrogen utilization rate, thereby reducing the low hydrogen discharged from the buffer tank 8. There is no need to use a concentration of fuel.
【0110】[0110]
【発明の効果】本発明の負荷応答制御と燃料製造量制御
を分け、負荷量に応じて緩衝タンク8に充填する燃料の
量の基準値を設ける制御によれば、最小限の緩衝タンク
8の容量で燃料の過不足なしに負荷応答が可能である。According to the control of dividing the load response control and the fuel production amount control of the present invention and setting the reference value of the amount of fuel to be charged into the buffer tank 8 according to the load amount, the minimum buffer tank 8 Load response is possible without excess or shortage of fuel by capacity.
【0111】また、燃料ガス製造手段B1の動作圧力
を、燃料電池系B2の動作圧力より高め、圧力差により
緩衝タンク系B4を制御することにより、緩衝タンク充
填用ブロワ26が不要となると共に、燃料ガス製造手段
B1の動作圧力が高くなり、コンパクトになるため、高
出力密度の燃料電池発電システムが構成できる。The operating pressure of the fuel gas producing means B1 is made higher than the operating pressure of the fuel cell system B2, and the buffer tank system B4 is controlled by the pressure difference, so that the buffer tank filling blower 26 becomes unnecessary. Since the operating pressure of the fuel gas producing means B1 increases and the fuel gas producing means B1 becomes compact, a fuel cell power generation system with a high output density can be configured.
【0112】即ち、小容量の緩衝タンクで負荷応答が可
能になると共に、燃料ガス製造手段の動作圧力を高める
ことで燃料ガス製造手段のコンパクト化、燃料ガス製造
手段の動作圧力と燃料電池に圧力差を設けることで、緩
衝タンクに燃料を充填するためのブロワを省略でき、急
激な負荷変動に応答可能な燃料電池発電システムを提供
できる。That is, load response can be made possible with a small-capacity buffer tank, and the operating pressure of the fuel gas producing means is increased to make the fuel gas producing means compact, and the operating pressure of the fuel gas producing means and the pressure applied to the fuel cell are reduced. By providing the difference, a blower for filling the buffer tank with fuel can be omitted, and a fuel cell power generation system capable of responding to a sudden load change can be provided.
【図1】緩衝タンクを備えている燃料電池システムの従
来構成図である。FIG. 1 is a conventional configuration diagram of a fuel cell system including a buffer tank.
【図2】燃料電池システムのコントローラの入出力を示
すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing input / output of a controller of the fuel cell system.
【図3】負荷応答制御の計測ステップおよび短時間に負
荷変動に応じるステップを示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a measurement step of load response control and a step of responding to a load change in a short time.
【図4】負荷応答制御の燃料製造量を調節するステップ
を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a step of adjusting a fuel production amount in load response control.
【図5】燃料電池の単電池電圧の水素利用率依存性を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing the hydrogen utilization rate dependency of the cell voltage of the fuel cell.
【図6】負荷応答制御の第2の手順を示すフローチャー
トである。FIG. 6 is a flowchart showing a second procedure of the load response control.
【図7】本発明の燃料電池システムを示す第1の構成図
である。FIG. 7 is a first configuration diagram showing a fuel cell system of the present invention.
【図8】本発明の水素吸蔵合金タンクの温度制御法を示
す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a method for controlling the temperature of the hydrogen storage alloy tank of the present invention.
【図9】本発明の燃料電池システムを示す第2の構成図
である。FIG. 9 is a second configuration diagram showing the fuel cell system of the present invention.
【図10】本発明の燃料電池システムを示す第3の構成
図である。FIG. 10 is a third configuration diagram showing the fuel cell system of the present invention.
【図11】本発明の燃料電池システムを示す第4の構成
図である。FIG. 11 is a fourth configuration diagram showing the fuel cell system of the present invention.
1…水蒸気改質器燃料用ポンプ、2…水蒸気改質器用水
ポンプ、3…燃料気化器、4…改質反応器、5…シフト
コンバータ、6…CO選択酸化器、7…CO選択酸化器
用ブロワ、8…緩衝タンク、9…燃料電池、10…燃料
電池空気極用ブロワ、10’…動力回収ブロワ、11…
復水器、12…空気極加湿用水ポンプ、13…空気極用
加湿器、14…燃料極加湿用水ポンプ、15…燃料極用
加湿器、16…燃焼器用ブロワ、17…燃焼器、18…
緩衝タンク入口弁、19…緩衝タンク出口弁、20…燃
焼器用燃料ポンプ、21…燃焼器燃料用気化器、22…
緩衝タンクバイパス配管、23…緩衝タンクバイパス
弁、23’…膨張タービン、24…燃料電池系バイパス
配管、25…燃料電池系バイパス弁、26…緩衝タンク
充填用ブロワ、41…冷却水ポンプ、42…燃料電池内
の熱交換部、43…緩衝タンク内の熱交換部、44…ラ
ジエータ、51…燃料電池系用インバータ、52…電気
負荷、53…蓄電手段、54…蓄電手段用インバータ、
B1…燃料ガス製造手段、B2…燃料電池系、B3…電
気系、B4…緩衝タンク系、C1…コントローラ、C2
…データ保存用メモリ、C3…プログラム保存用メモ
リ、C4…演算装置。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pump for steam reformer fuel, 2 ... Water pump for steam reformer, 3 ... Fuel vaporizer, 4 ... Reforming reactor, 5 ... Shift converter, 6 ... CO selective oxidizer, 7 ... CO selective oxidizer Blower, 8: buffer tank, 9: fuel cell, 10: blower for fuel cell air electrode, 10 ': power recovery blower, 11 ...
Condenser, 12 ... Air electrode humidification water pump, 13 ... Air electrode humidifier, 14 ... Fuel electrode humidification water pump, 15 ... Fuel electrode humidifier, 16 ... Combustor blower, 17 ... Combustor, 18 ...
Buffer tank inlet valve, 19: Buffer tank outlet valve, 20: Fuel pump for combustor, 21: Vaporizer for combustor fuel, 22 ...
Buffer tank bypass pipe, 23 ... Buffer tank bypass valve, 23 '... Expansion turbine, 24 ... Fuel cell system bypass pipe, 25 ... Fuel cell system bypass valve, 26 ... Buffer tank filling blower, 41 ... Cooling water pump, 42 ... Heat exchange part in fuel cell, 43 ... Heat exchange part in buffer tank, 44 ... Radiator, 51 ... Inverter for fuel cell system, 52 ... Electric load, 53 ... Electric storage means, 54 ... Inverter for electric storage means,
B1: fuel gas production means, B2: fuel cell system, B3: electric system, B4: buffer tank system, C1: controller, C2
... memory for data storage, C3 ... memory for program storage, C4 ... arithmetic unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加茂 友一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平7−320763(JP,A) 特開 平7−49037(JP,A) 特開 昭61−71560(JP,A) 特開 平9−306531(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Yuichi Kamo 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-7-320763 (JP, A) JP-A-7-49037 (JP, A) JP-A-61-71560 (JP, A) JP-A-9-306531 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (2)
質反応器内で水素を含む燃料ガスに変換する燃料ガス製
造手段と、一対の電極と該電極間に配置したイオン導電
性の電解質を含むセルを積層した燃料電池と、前記燃料
ガス製造手段と前記燃料電池の間に燃料ガスを貯える緩
衝タンクを設け、燃料電池の燃料として燃料ガス製造手
段で製造した燃料ガスを用いて発電し、インバータを介
して負荷と接続される燃料電池発電システムにおいて、 前記燃料ガス製造手段の出口の燃料ガス圧力が前記燃料
電池の動作圧力より高く、前記燃料ガス製造手段の出口
圧力と前記燃料電池の動作圧力の圧力差を用いて、前記
緩衝タンクに貯える燃料ガス量を調節することを特徴と
する燃料電池発電システム。1. A fuel gas producing means for converting a fuel of a compound containing carbon and hydrogen into a fuel gas containing hydrogen in a reforming reactor, and a pair of electrodes and an ion-conductive electrolyte disposed between the electrodes. A fuel cell in which cells are stacked, a buffer tank for storing fuel gas between the fuel gas producing means and the fuel cell is provided, and power is generated using the fuel gas produced by the fuel gas producing means as fuel for the fuel cell, In a fuel cell power generation system connected to a load via an inverter, the fuel gas pressure at the outlet of the fuel gas producing means is higher than the operating pressure of the fuel cell, and the outlet pressure of the fuel gas producing means and the operation of the fuel cell A fuel cell power generation system, wherein the amount of fuel gas stored in the buffer tank is adjusted using a pressure difference.
圧力が前記燃料電池の動作圧力より1kg/cm2以上
高い請求項1に記載の燃料電池発電システム。2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a fuel gas pressure at an outlet of the fuel gas producing means is higher than an operating pressure of the fuel cell by 1 kg / cm 2 or more.
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