JP3605241B2 - 固体電解質型燃料電池の運転制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池（以下、ＳＯＦＣともいう）の運転の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、ＳＯＦＣの加圧運転時における従来の制御装置を示す。
図２において、
１はＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）、
２は発電装置内の空気供給管、
３は発電装置、
４は燃料供給管、
５は燃料マスフローコントローラ、
６は燃料排出管、
７は差圧調整弁、
８は空気供給管、
９は空気マスフローコントローラ、
１０は空気排出管、
１１は圧力調整弁、
１２は燃料背圧弁、
１３は空気背圧弁を示す。
【０００３】
ＳＯＦＣ１の内管側にはＨ_２ 、ＣＯ等の気体燃料が供給され、外管側の空気供給管２には空気が供給され、発電装置３に内臓している加熱器により、約９００℃に加熱され発電を行う。
【０００４】
発電に必要なＨ_２ 、ＣＯ等の気体燃料は、燃料供給装置（図示省略）から供給され、減圧装置（図示省略）により一定圧力に減圧され、燃料供給管４によりＳＯＦＣ１の内管側へ供給される。
【０００５】
また、発電に必要な燃料流量は、燃料供給管４に設置された燃料マスフローコントローラ５により一定流量となるようにコントロールされ供給される。
一方、空気は空気供給装置（図示省略）から供給され、減圧装置（図示省略）により一定圧力に減圧され、空気供給管８を介して空気供給管２に供給される。
【０００６】
必要な空気流量は、空気供給管２に設置された空気マスフローコントローラ９により一定流量となるようにコントロールされ供給される。
発電後の燃料および空気はそれぞれ燃料排出管６および空気排出管１０により煙突（図示省略）へ供給され、大気へ排出される。
【０００７】
ＳＯＦＣ１の運転時は、一般的に燃料側と空気側の差圧（燃料側−空気側）を、＋５０ｍｍＡｑ程度で運転する。
ＳＯＦＣ１の加圧運転時は、空気排出管１０に設置された圧力調整弁１１により、空気側圧力Ｐ_５ を所定圧力になるようにコントロールするとともに、燃料排出管６に設置された差圧調整弁７により、燃料側と空気側の差圧（燃料側−空気側）が＋５０ｍｍＡｑ程度となるようにコントロール運転を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術には、次のような問題がある。
（１）燃料マスフローコントローラ５による流量コントロールは、マスフローコントロールの差圧により左右される。
（２）すなわち、マスフローコントローラの入口と出口の差圧が一定であれば、流量コントロールも非常に高い精度で一定流量にコントロール出来るけれども、マスフローコントローラの入口と出口の差圧が変動するに従い、流量も変動することになる。
（３）マスフローコントローラの入口側は減圧装置により、一定圧力に減圧され、空気供給管８を介して空気供給管２に供給されるが、圧力調整弁１１および差圧調整弁７の変動により、特に発電によって生ずる水蒸気のドレン化、或いは系内の圧力変動により、マスフローコントローラの後流側の圧力変動が生じた場合には、マスフローコントローラの入口と出口の差圧も変動し、供給が変動して、ＳＯＦＣ１の出力が変動する等、性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、これらの問題を解決することができる装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体電解質型燃料電池の運転制御装置は、燃料マスフローコントローラを有する燃料供給管と、空気マスフローコントローラを有する空気供給管と、発電装置と、差圧調整弁が介装された燃料排出管と、圧力調整弁が介装された空気排出管とを備えた固体電解質型燃料電池の運転制御装置において、
燃料供給管の燃料マスフローコントローラの後流側に燃料差圧弁を設置し、かつ空気供給管の空気マスフローコントローラの後流側に空気背圧弁を設置したことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明は、燃料マスフローコントローラの後流側に背圧弁を設置するとともに、空気マスフローコントローラ後流側に背圧弁を設置することにより、燃料マスフローコントローラの差圧、および空気マスフローコントローラの差圧を一定にすることが出来、燃料および空気を一定流量供給することが可能になり、固体電解質型燃料電池１の安定性能を得ることがができる。
【００１１】
したがって、次のように作用する。
本発明装置が従来装置と異なる点は、燃料供給管４および空気供給管８に設置された燃料マスフローコントローラ５と、空気マスフローコントローラ９の後流側に、それぞれ燃料背圧弁１２と、空気背圧弁１３を設けたことである。
【００１２】
加圧運転時の１例として、圧力５ａｔｇ、燃料１Ｎｍ^３ ／Ｈ、の運転について説明する。
今、圧力調整弁１１と差圧調整弁７により、
系内は、圧力５ａｔｇ、
燃料側と空気側との差圧は、＋５０ｍｍＡｑ
となるように圧力および差圧を、圧力調整弁１１と差圧調整弁７によりコントロールしているとする。
【００１３】
水蒸気のドレン化、あるいは系内の圧力変動が生じると、圧力調整弁１１と差圧調整弁７は、圧力および差圧を一定にしようとするように作動する。
そのとき、従来の装置では、この影響を受け、燃料マスフローコントローラ５と空気マスフローコントローラ９の出口圧力Ｐ_２ と、Ｐ_４ が変動する。
【００１４】
従って、燃料マスフローコントローラ５の差圧（Ｐ_１ −Ｐ_２ ）、および空気マスフローコントローラ９の差圧（Ｐ_３ −Ｐ_４ ）が変動し、それに伴って燃料マスフローコントローラ５の流量、および空気マスフローコントローラ９の流量が変動し、固体電解質型燃料電池１に供給される燃料および空気流量も変動し、固体電解質型燃料電池１の性能も変動する。
【００１５】
しかし、本発明装置によると、燃料背圧弁１２と空気背圧弁１３により、燃料背圧弁１２と空気背圧弁１３の前流側、すなわち燃料マスフローコントローラ５の出口圧力Ｐ２と、空気マスフローコントローラ９の出口圧力Ｐ４を、燃料背圧弁１２と空気背圧弁１３により一定にしており、燃料背圧弁１２と空気背圧弁１３の後流側で圧力変動が生じても、燃料背圧弁１２の前流側圧力Ｐ_２ と空気背圧弁１３の前流側圧力Ｐ_４ は一定圧力に保たれる。
【００１６】
従って、燃料マスフローコントローラ５の差圧（Ｐ_１ −Ｐ_２ ）と、空気マスフローコントローラ９の差圧（Ｐ_３ −Ｐ_４ ）は一定に保もたれ、流量の変動は生じない。
そのため、気体電解質型燃料電池１の性能も一定に保もつことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る装置の構成図を示す。
図１において、従来のものと同一符号のものは、本発明と同一作用、構造である。
【００１８】
本発明装置が従来装置と異なる点は、燃料供給管４および空気供給管８に設置された燃料マスフローコントローラ５と、空気マスフローコントローラ９の後流側に、それぞれ燃料背圧弁１２と、空気背圧弁１３を設置し、燃料マスフローコントローラ５の出口圧力Ｐ_２ と、空気マスフローコントローラ９の出口圧力Ｐ_４ を一定にしたことである。
【００１９】
そのため、系内の圧力変動が生じても、燃料マスフローコントローラ５の差圧（Ｐ_１ −Ｐ_２ ）と、空気マスフローコントローラ９の差圧（Ｐ_３ −Ｐ_４ ）は一定に保もたれ、固体電解質型燃料電池１への燃料および空気の供給流量を常時一定になるようにでき、固体電解質型燃料電池１の安定性能を得ることが可能になる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は前述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
（１）固体電解質型燃料電池１の加圧運転時の圧力変動に対する燃料および空気の一定供給が可能になる。
（２）そのため、固体電解質型燃料電池１の安定性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る装置の構成図。
【図２】従来の装置の構成図。
【符号の説明】
１…固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
２…空気供給管（発電装置内の）
３…発電装置
４…燃料供給管
５…燃料マスフローコントローラ
６…燃料排出管
７…差圧調整弁
８…空気供給管（発電装置外の）
９…空気マスフローコントローラ
１０…空気排出管
１１…圧力調整弁
１２…燃料背圧弁
１３…空気背圧弁

Claims (1)

1. 燃料マスフローコントローラを有する燃料供給管と、空気マスフローコントローラを有する空気供給管と、発電装置と、差圧調整弁が介装された燃料排出管と、圧力調整弁が介装された空気排出管とを備えた固体電解質型燃料電池の運転制御装置において、
   燃料供給管の燃料マスフローコントローラの後流側に燃料差圧弁を設置し、かつ空気供給管の空気マスフローコントローラの後流側に空気背圧弁を設置したことを特徴とする固体電解質型燃料電池の運転制御装置。

Images