JP3609497B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池発電装置に係り、特に、可変速型ブロワおよび定速型ブロワのうち、いずれか一方から燃料電池内の酸化剤極及び改質器内のバーナ室のそれぞれに供給する空気の流量を安定した状態で供給する燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電装置（「燃料電池発電システム」、「燃料電池発電プラント」とも言う）は、一般に、燃料電池内の燃料極（「アノード極」とも言う）に水素発生用の改質器を介して改質反応後の水素を導入すると共に、燃料電池内の酸化剤極（「カソード極」とも言う）に空気ブロワからの酸素を含む空気（酸化剤）を供給することにより、燃料電池内の両極からの水素と酸素とによる電気化学反応に基づく電気エネルギーを取り出して発電運転を行っている。
【０００３】
この燃料電池発電装置には、いわゆる固定回転数空気ブロワ（以下、「定速型ブロワ」と呼ぶ）を適用し、その定速型ブロワからの空気を調節弁の開度を調整することにより、電池電流または負荷などに応じた供給量に制御し、燃料電池内の酸化剤極または改質器内のバーナ室に供給するものが知られている。
【０００４】
図７に示す定速型ブロワを用いた燃料電池発電装置では、燃料電池１００内の燃料極１００ａに改質器１０１を介して水素を導入すると共に、その改質器１０１内のバーナ室１０１ａおよび燃料電池１００内の酸化剤極１００ａに定速型ブロワ１０２からの酸素を含む空気をカソード空気流量調節弁（以下。単に「カソード用調節弁」と呼ぶ）１０３および改質器バーナ空気流量調節弁（以下、単に「バーナ用調節弁」と呼ぶ）１０４を介して個別に供給する。
【０００５】
この２つの調節弁１０３、１０４の開度は、制御部１０５により電池電流または負荷などの出力に基づいて制御される。具体的には、制御部１０５が予め設定された補正関数器１０５ａ、１０５ｂに基づく処理を実行して、電池電流または負荷などの値Ａに応じた適切な空気供給量に相当する開度Ｏ１、Ｏ２を求め、その開度Ｏ１、Ｏ２に応じた指令を２つの調節弁１０３、１０４に個別に与える（図中のＡ−Ｏ１関係図、Ａ−０２関係図参照）。
【０００６】
一方、空気ブロワの動力を削減しつつ、プラント運転範囲を拡大することを志向する燃料電池発電装置にあっては、いわゆる可変速空気ブロワ（以下、「可変速型ブロワ」と呼ぶ）を適用し、その可変速型ブロワからの空気を回転数を変えることにより、電池電流または負荷などに応じた供給量に制御し、上記２つの調節弁を介して酸化剤極及びバーナ室に供給するものが、一般に望ましいとされている。
【０００７】
図８に示す可変速型ブロワを用いた燃料電池発電装置は、上記と同様の酸化剤極およびバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁１０３およびバーナ用調節弁１０４を介して個別に空気を供給する可変速型ブロワ１０６と、この可変速型ブロワ１０６を制御する制御部１０７とを備える。可変速型ブロワ１０６の回転数は、制御部１０７により電池電流または負荷などの値に基づいて制御される。具体的には、制御部１０７が予め設定された補正関数器１０７ａに基づく処理を実行することにより、電池電流または負荷などの値Ａに応じた適切な空気供給量に相当する回転数Ｎを求め、その回転数Ｎに応じた指令を可変速型ブロワ１０６に与える（図中のＡ−Ｎ関係図参照）。
【０００８】
いずれの空気ブロワであっても、燃料電池における水素と酸素との電気化学的反応に基づく発電原理により、空気を安定した状態で供給することが重要とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した定速型ブロワおよび可変速型ブロワを用いた従来の燃料電池発電装置にあっては、制御部が供給空気温度（以下、「大気温度」と呼ぶ）の条件に無関係に空気供給量を制御する構成であったため、大気温度が変動してその空気密度が変化した場合、その空気の安定供給に関し、次に説明する不都合が生じていた。
【００１０】
例えば、大気温度が上昇するとその空気密度が小さくなるため、その影響が発電装置内の空気系を中心としたプロセスにも及ぶ。それにもかかわらず、制御部は、そのような事態を認識していなから、空気ブロワ及び調節弁に対し電池電流または負荷などの値Ａに応じた回転数及び開度をそのまま維持させようとする。その結果、空気供給量が低下し、最悪の場合、空気不足により燃料電池が損傷したり、バーナ室で不完全燃焼を起こしたりすることがあった。
【００１１】
この発明は、このような従来の問題を改善するもので、供給空気の温度条件が変わった場合でも、燃料電池内の酸化剤極や改質器内のバーナ室に安定した状態で適量の空気を供給できる燃料電池発電装置を提供することを、目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る燃料電池発電装置は、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、この可変速型ブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記 可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたものである。
【００１３】
請求項２記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、上記カソード用調節弁の弁開度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたものである。
【００１４】
請求項３記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、上記バーナ用調節弁の弁開度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたものである。
【００１５】
請求項４記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出し てプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給するブロワと、このブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正値を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に上記補正関数器からの補正値を乗算する乗算器と、この乗算器からの補正信号に基づいて弁開度信号を算出し、算出した弁開度信号を上記カソード用調節弁に与える関数器とを備えたものである。
【００１６】
請求項５記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給するブロワと、このブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正値を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に上記補正関数器からの補正値を乗算する乗算器と、この乗算器からの補正信号に基づいて弁開度信号を算出し、算出した弁開度信号を上記バーナ用調節弁に与える関数器とを備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、この発明の第１実施形態を図１に基づき説明する。
【００１８】
図１に示す燃料電池発電装置は、燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂを配置して成る燃料電池１と、この燃料電池１のプラント運転に関するプラント・システムＰＳとを備える。燃料電池１は、例えば、リン酸、固体高分子膜などの電解質を挟む位置に燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂを配置して形成されている。
【００１９】
プラント・システムＰＳは、燃料極１ａに水素などの燃料ガスを供給すると共に、酸化剤極１ｂに空気（酸化剤ガス）を供給することで燃料電池１の両極１ａ、１ｂ間から電気化学的反応に基づく電気エネルギー（電力）を取り出してプラント運転を実行させるもので、燃料極１ａに水素を供給する改質器２と、酸化剤極１ｂなどに空気を供給する空気ブロワ３と、大気温度などを検出する検出部（本発明の検出手段を成す）４と、空気供給によるプラント運転状態を制御する制御部（本発明の制御手段を成す）５とを備えている。
【００２０】
改質器２は、例えば水蒸気改質法により天然ガスや都市ガスなどの原燃料に水蒸気を加えて高温下で水蒸気改質反応させることにより、燃料用の水素を生成する通常の改質器を適用したもので、その内部には改質反応の熱源、即ち燃焼ガスを生成するバーナ室２ａが装備されている。このバーナ室２ａには、燃焼ガス用の空気が空気ブロワ３から供給される。
【００２１】
空気ブロワ３は、ロータなどの回転運動により大気を圧送する、可変速型ブロワを適用したもので、圧送用の大気を２系統のライン内に配管したカソード用調節弁６およびバーナ用調節弁７を介してバーナ室２ａおよび酸化剤極１ｂに個別に供給する。
【００２２】
上記各部１〜３に関する空気流量は、制御部５からの指令（後述）Ｓに基づいて制御されるようになっている。
【００２３】
検出部４は、大気温度又はその大気温度に起因して変化する弁開度などのプロセス状態値を検出するもので、例えば大気温度の場合には大気温度検出器を搭載してなり、プロセス状態値の場合にはその状態値を検出可能な検出器などを搭載して形成されている。この検出部４による検出信号は、制御部５にリアルタイムに供給される。
【００２４】
制御部５は、例えばＣＰＵなどを搭載した制御回路から成り、検出部４から検出値ｘを受けたときに補正関数器８に基づくアルゴリズムを実行してプラント状態補正量ｆ（ｘ）を算出し、このプラント状態補正量ｆ（ｘ）に相当する指令Ｓを上記各部１〜３の内の少なくとも１つ以上に与える。ここで、補正関数器８は、検出値ｘから適切な空気流量に相当するプラント状態補正量ｆ（ｘ）を演算する関数式を予め設定している。
【００２５】
従って、燃料電池発電装置のプラント運転中に大気温度の条件が変わり、これに伴ってプラント運転状態が変化した場合でも、制御部５がその大気温度またはその大気温度に起因して変化するプロセス状態値に応じた適切な空気流量となるように現在のプラント運転状態を補正させるため、例えば、従来の如く空気供給量の低下に基づく不都合な事態が殆ど回避され、これにより、大気温度に関係なくプラント運転を安定かつ適切に行うことができる。
【００２６】
なお、この実施形態に係る制御部は、ＣＰＵを搭載して上述の補正関数器８でアルゴリズムを実行するとしてあるが、この発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、上述の補正関数器８に相当するものであればどのような制御回路であってもよい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図２に基づき説明する。この第２実施形態は、可変速型ブロワの回転数を大気温度に基づいて制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００２８】
図２に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ１は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ａおよびバーナ用調節弁７ａを介して空気を供給する可変速型ブロワ３ａと、大気温度を検出する大気温度検出器４ａと、この大気温度検出器４ａが検出した大気温度に基づいて空気供給量を制御する制御部５ａとを備えている。可変速型ブロワ３ａは、制御部５ａからの指令（後述）Ｓ１を受けたときにその回転数を切り換え可能となっている。
【００２９】
制御部５ａは、電池電流または負荷などの値Ａを入力して予め設定された関数器９に基づく処理を実行して回転数の基準値Ｎを算出すると共に、大気温度検出器４ａからの大気温度の検出値Ｔを入力して補正関数器１０に基づく処理を実行して回転数の補正値ΔＮを算出し、その補正値ΔＴと基準値Ｔとを加減算器１１で加減算し、その加減算値（Ｎ＋ΔＮ）を回転数とする指令Ｓ１を可変型ブロワ３ａに与える。ここで、補正関数器１０は、基準値Ｎの大気温度に対する補正値ΔＮを演算するもので、予め設定した検出値Ｔの上限値ＴＲを越えたときにその検出値Ｔに比例して補正値ΔＮを高めるように設定されている（図中のＴ−ΔＮ関係図参照）。
【００３０】
従って、大気温度が上昇してその空気密度が小さくなったときに、制御部５ａが可変速型ブロワ３ａの現在の回転数を高めるように補正するため、空気供給量の減少が補償されて、大気温度に関係なく安定した状態で適切な量の空気を供給できる。
【００３１】
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を図３に基づき説明する。この第３実施形態は、可変速型ブロワ３ｂの回転数をカソード用調節弁６ｂの弁開度に基づいて制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３２】
図３に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ２は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｂおよびバーナ用調節弁７ｂを介して空気を供給する可変速型ブロワ３ｂと、空気供給量を制御する制御部５ｂとを備えている。カソード用調節弁６ｂは、制御部５ａからの指令（後述）Ｓ２を受けたときにその弁開度を変更可能となっている。
【００３３】
制御部５ｂは、電池電流または負荷などの値Ａを入力して予め設定された関数９ａに基づく処理を実行して回転数の基準値Ｎを算出すると共に、カソード用調節弁６ｂの開度信号Ｏ１を入力して予め設定された補正関数器１２に基づく処理を実行して回転数の補正値ΔＮを算出し加減算１１ａで、その補正値ΔＮと基準値Ｎとの加減算値（Ｔ＋ΔＴ）を回転数とする指令Ｓ２を可変速型ブロワ３ｂに与える。ここで、補正関数１２は、基準値Ｎのカソード用調節弁６ｂの開度信号Ｏ１に対する補正値ΔＮを演算するもので、予め設定した開度信号Ｏ１の上限値ＯＲを越えたときにその開度信号Ｏ１に比例して補正値ΔＮを高めるように設定されている（図中のＴ−ΔＮ関係図参照）。
【００３４】
従って、大気温度が上昇して空気密度が小さくなった場合でも、制御部５ｂが可変型ブロワ３ｂの回転数を高めるように補正するため、カソード用調節弁６ｂの開度が不安定に大きくなることもなく、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００３５】
（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を図４に基づき説明する。この第４実施形態は、可変速型ブロワ３ｃの回転数をバーナ用調節弁６ｃの弁開度に基づいて制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３６】
図４に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ３は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｃおよびバーナ用調節弁７ｃを介して空気を供給する可変速型ブロワ３ｃと、空気供給量を制御する制御部５ｃとを備えている。
【００３７】
制御部５ｃは、電池電流または負荷などの値Ａを入力して予め設定された関数器９ｂに基づく処理を実行して回転数の基準値Ｎを算出すると共に、バーナ用調節弁７ｃの開度信号Ｏ２を入力して予め設定された補正関数器１３に基づく処理を実行して回転数の補正値ΔＮを算出し、加減算器１１ｂでその補正値ΔＮと基準値Ｎとの加減算値（Ｎ＋ΔＮ）を回転数とする指令Ｓ３を可変速型ブロワ３ｃに与える。ここで、補正関数器１３は、基準値Ｎのバーナ用調節弁７ｃの開度信号Ｏ２に対する補正値ΔＮを演算するもので、予め設定した開度信号Ｏ２の上限値ＯＲを越えたときにその開度に比例して補正値ΔＮを高めるように設定されている（図中のＴ−ΔＮ関係図参照）。
【００３８】
従って、大気温度が上昇して空気密度が小さくなった場合でも、制御部５ｃが可変型ブロワ３ｃの回転数を高めるように補正するため、バーナ用調節弁７ｃの開度が不安定に大きくなることもなく、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００３９】
（第５実施形態）
次に、この発明の第５実施形態を図５に基づき説明する。この第５実施形態は、例えば、定速型ブロワ３ｄを適用し、大気温度に基づいてカソード用調節弁７ｄの弁開度を制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４０】
図５に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ４は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｄおよびバーナ用調節弁７ｄを介して空気を供給する定速型ブロワ３ｄと、空気供給量を制御する制御部５ｄとを備えている。
【００４１】
制御部５ｄは、大気温度を入力して予め設定された補正関数器１４に基づく処理を実行して電池電流又は負荷などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を算出し、その補正量ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算器１５で乗じた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を求める。ここで、補正関数器１４は、定数をａ、ｂとしたとき、大気温度Ｔに対する電池電流などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を
【数１】
ｆ（Ｔ）＝（ａＴ＋ｂ）１／２
の関数式で演算するものである。
【００４２】
この制御部５ｄは、上記［数１］式による補正値ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算して求めた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を入力して予め設定された関数器１６に基づく処理を実行してカソード用調節弁６ｄの開度信号Ｏ１を算出し、この開度信号Ｏ１に相当する指令Ｓ４をカソード用調節弁６ｄに与える（図中のＡ・ｆ（Ｔ）−Ｏ１関係図参照）。
【００４３】
従って、大気温度が上昇して空気密度が小さくなったときに、制御部５ｄがカソード用調節弁６ｄの開度を高めるように補正するため、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００４４】
（第６実施形態）
次に、この発明の第６実施形態を図６に基づき説明する。この第６実施形態は、例えば、定速型ブロワ３ｅを適用し、大気温度に基づいてバーナ用調節弁７ｅの弁開度を制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４５】
図６に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ５は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｅおよびバーナ用調節弁７ｅを介して空気を供給する例えば、定速型ブロワ３ｅと、空気供給量を制御する制御部５ｅとを備えている。
【００４６】
制御部５ｅは、大気温度を入力して予め設定された補正関数器１４ａに基づく処理を実行して電池電流又は負荷などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を算出し、その補正量ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算器１５ａで乗じた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を求める。ここで、補正関数１４ａは、定数をａ、ｂとしたとき、大気温度Ｔに対する電池電流などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を
【数２】
ｆ（Ｔ）＝（ａＴ＋ｂ）１／２
の関数式で演算するものである。
【００４７】
この制御部５ｅは、上記［数２］式による補正値ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算して求めた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を入力して予め設定された関数器１６ａに基づく処理を実行してバーナ用調節弁７ｅの開度信号Ｏ２を算出し、この開度信号Ｏ２に相当する指令Ｓ５をバーナ用調節弁７ｅに与える（図中のＡ・ｆ（Ｔ）−Ｏ２関係図参照）。
【００４８】
従って、大気温度が上昇してその空気密度が小さくなったときに、制御部５ｅがバーナ用調節弁７ｅの開度を高めるように補正するため、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る燃料電池発電装置にあっては、供給空気の温度及びその温度可変のプロセス状態値のうち、少なくとも１つ以上を検出し、その検出値に基づいて回転数を算出し、算出した回転数を可変速型ブロワに与えるか、または空気を供給する調節弁の弁開度を空気温度に見合う適正に制御する構成にしたので、供給空気の温度に起因する空気密度の変動に関係なく、安定運転に見合う適正量の空気を確実に燃料電池内の酸化剤極や改質器内のバーナ室に供給でき、これにより、例えば空気不足による燃料電池の損傷や改質器内のバーナ室の不完全燃焼などの事態を殆ど回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図２】第２実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図３】第３実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図４】第４実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図５】第５実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図６】第６実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図７】定速型ブロワを適用した従来の燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図８】可変速型ブロワを適用した従来の燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【符号の説明】
１ 燃料電池
１ａ 燃料極
１ｂ 酸化剤極
ＰＳ プラント・システム
２ 改質器
２ａ バーナ
３ 空気ブロワ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 可変速型ブロワ
３ｄ，３ｅ 定速型ブロワ
４ 検出部
４ａ 大気温度検出器
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ 制御部
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ カソード用調節弁
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ バーナ用調節弁
８ 補正関数器
９，９ａ，９ｂ 関数器
１０，１２，１３，１４，１４ａ 補正関数器
１１，１１ａ，１１ｂ 加減算器
１５，１５ａ 乗算器
１６，１６ａ 関数器
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池発電装置に係り、特に、可変速型ブロワおよび定速型ブロワのうち、いずれか一方から燃料電池内の酸化剤極及び改質器内のバーナ室のそれぞれに供給する空気の流量を安定した状態で供給する燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池発電装置（「燃料電池発電システム」、「燃料電池発電プラント」とも言う）は、一般に、燃料電池内の燃料極（「アノード極」とも言う）に水素発生用の改質器を介して改質反応後の水素を導入すると共に、燃料電池内の酸化剤極（「カソード極」とも言う）に空気ブロワからの酸素を含む空気（酸化剤）を供給することにより、燃料電池内の両極からの水素と酸素とによる電気化学反応に基づく電気エネルギーを取り出して発電運転を行っている。
【０００３】
この燃料電池発電装置には、いわゆる固定回転数空気ブロワ（以下、「定速型ブロワ」と呼ぶ）を適用し、その定速型ブロワからの空気を調節弁の開度を調整することにより、電池電流または負荷などに応じた供給量に制御し、燃料電池内の酸化剤極または改質器内のバーナ室に供給するものが知られている。
【０００４】
図７に示す定速型ブロワを用いた燃料電池発電装置では、燃料電池１００内の燃料極１００ａに改質器１０１を介して水素を導入すると共に、その改質器１０１内のバーナ室１０１ａおよび燃料電池１００内の酸化剤極１００ａに定速型ブロワ１０２からの酸素を含む空気をカソード空気流量調節弁（以下。単に「カソード用調節弁」と呼ぶ）１０３および改質器バーナ空気流量調節弁（以下、単に「バーナ用調節弁」と呼ぶ）１０４を介して個別に供給する。
【０００５】
この２つの調節弁１０３、１０４の開度は、制御部１０５により電池電流または負荷などの出力に基づいて制御される。具体的には、制御部１０５が予め設定された補正関数器１０５ａ、１０５ｂに基づく処理を実行して、電池電流または負荷などの値Ａに応じた適切な空気供給量に相当する開度Ｏ１、Ｏ２を求め、その開度Ｏ１、Ｏ２に応じた指令を２つの調節弁１０３、１０４に個別に与える（図中のＡ−Ｏ１関係図、Ａ−０２関係図参照）。
【０００６】
一方、空気ブロワの動力を削減しつつ、プラント運転範囲を拡大することを志向する燃料電池発電装置にあっては、いわゆる可変速空気ブロワ（以下、「可変速型ブロワ」と呼ぶ）を適用し、その可変速型ブロワからの空気を回転数を変えることにより、電池電流または負荷などに応じた供給量に制御し、上記２つの調節弁を介して酸化剤極及びバーナ室に供給するものが、一般に望ましいとされている。
【０００７】
図８に示す可変速型ブロワを用いた燃料電池発電装置は、上記と同様の酸化剤極およびバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁１０３およびバーナ用調節弁１０４を介して個別に空気を供給する可変速型ブロワ１０６と、この可変速型ブロワ１０６を制御する制御部１０７とを備える。可変速型ブロワ１０６の回転数は、制御部１０７により電池電流または負荷などの値に基づいて制御される。具体的には、制御部１０７が予め設定された補正関数器１０７ａに基づく処理を実行することにより、電池電流または負荷などの値Ａに応じた適切な空気供給量に相当する回転数Ｎを求め、その回転数Ｎに応じた指令を可変速型ブロワ１０６に与える（図中のＡ−Ｎ関係図参照）。
【０００８】
いずれの空気ブロワであっても、燃料電池における水素と酸素との電気化学的反応に基づく発電原理により、空気を安定した状態で供給することが重要とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した定速型ブロワおよび可変速型ブロワを用いた従来の燃料電池発電装置にあっては、制御部が供給空気温度（以下、「大気温度」と呼ぶ）の条件に無関係に空気供給量を制御する構成であったため、大気温度が変動してその空気密度が変化した場合、その空気の安定供給に関し、次に説明する不都合が生じていた。
【００１０】
例えば、大気温度が上昇するとその空気密度が小さくなるため、その影響が発電装置内の空気系を中心としたプロセスにも及ぶ。それにもかかわらず、制御部は、そのような事態を認識していなから、空気ブロワ及び調節弁に対し電池電流または負荷などの値Ａに応じた回転数及び開度をそのまま維持させようとする。その結果、空気供給量が低下し、最悪の場合、空気不足により燃料電池が損傷したり、バーナ室で不完全燃焼を起こしたりすることがあった。
【００１１】
この発明は、このような従来の問題を改善するもので、供給空気の温度条件が変わった場合でも、燃料電池内の酸化剤極や改質器内のバーナ室に安定した状態で適量の空気を供給できる燃料電池発電装置を提供することを、目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る燃料電池発電装置は、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、この可変速型ブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記 可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたものである。
【００１３】
請求項２記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、上記カソード用調節弁の弁開度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたものである。
【００１４】
請求項３記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、上記バーナ用調節弁の弁開度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたものである。
【００１５】
請求項４記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出し てプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給するブロワと、このブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正値を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に上記補正関数器からの補正値を乗算する乗算器と、この乗算器からの補正信号に基づいて弁開度信号を算出し、算出した弁開度信号を上記カソード用調節弁に与える関数器とを備えたものである。
【００１６】
請求項５記載の発明では、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給するブロワと、このブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正値を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に上記補正関数器からの補正値を乗算する乗算器と、この乗算器からの補正信号に基づいて弁開度信号を算出し、算出した弁開度信号を上記バーナ用調節弁に与える関数器とを備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、この発明の第１実施形態を図１に基づき説明する。
【００１８】
図１に示す燃料電池発電装置は、燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂを配置して成る燃料電池１と、この燃料電池１のプラント運転に関するプラント・システムＰＳとを備える。燃料電池１は、例えば、リン酸、固体高分子膜などの電解質を挟む位置に燃料極１ａおよび酸化剤極１ｂを配置して形成されている。
【００１９】
プラント・システムＰＳは、燃料極１ａに水素などの燃料ガスを供給すると共に、酸化剤極１ｂに空気（酸化剤ガス）を供給することで燃料電池１の両極１ａ、１ｂ間から電気化学的反応に基づく電気エネルギー（電力）を取り出してプラント運転を実行させるもので、燃料極１ａに水素を供給する改質器２と、酸化剤極１ｂなどに空気を供給する空気ブロワ３と、大気温度などを検出する検出部（本発明の検出手段を成す）４と、空気供給によるプラント運転状態を制御する制御部（本発明の制御手段を成す）５とを備えている。
【００２０】
改質器２は、例えば水蒸気改質法により天然ガスや都市ガスなどの原燃料に水蒸気を加えて高温下で水蒸気改質反応させることにより、燃料用の水素を生成する通常の改質器を適用したもので、その内部には改質反応の熱源、即ち燃焼ガスを生成するバーナ室２ａが装備されている。このバーナ室２ａには、燃焼ガス用の空気が空気ブロワ３から供給される。
【００２１】
空気ブロワ３は、ロータなどの回転運動により大気を圧送する、可変速型ブロワを適用したもので、圧送用の大気を２系統のライン内に配管したカソード用調節弁６およびバーナ用調節弁７を介してバーナ室２ａおよび酸化剤極１ｂに個別に供給する。
【００２２】
上記各部１〜３に関する空気流量は、制御部５からの指令（後述）Ｓに基づいて制御されるようになっている。
【００２３】
検出部４は、大気温度又はその大気温度に起因して変化する弁開度などのプロセス状態値を検出するもので、例えば大気温度の場合には大気温度検出器を搭載してなり、プロセス状態値の場合にはその状態値を検出可能な検出器などを搭載して形成されている。この検出部４による検出信号は、制御部５にリアルタイムに供給される。
【００２４】
制御部５は、例えばＣＰＵなどを搭載した制御回路から成り、検出部４から検出値ｘを受けたときに補正関数器８に基づくアルゴリズムを実行してプラント状態補正量ｆ（ｘ）を算出し、このプラント状態補正量ｆ（ｘ）に相当する指令Ｓを上記各部１〜３の内の少なくとも１つ以上に与える。ここで、補正関数器８は、検出値ｘから適切な空気流量に相当するプラント状態補正量ｆ（ｘ）を演算する関数式を予め設定している。
【００２５】
従って、燃料電池発電装置のプラント運転中に大気温度の条件が変わり、これに伴ってプラント運転状態が変化した場合でも、制御部５がその大気温度またはその大気温度に起因して変化するプロセス状態値に応じた適切な空気流量となるように現在のプラント運転状態を補正させるため、例えば、従来の如く空気供給量の低下に基づく不都合な事態が殆ど回避され、これにより、大気温度に関係なくプラント運転を安定かつ適切に行うことができる。
【００２６】
なお、この実施形態に係る制御部は、ＣＰＵを搭載して上述の補正関数器８でアルゴリズムを実行するとしてあるが、この発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、上述の補正関数器８に相当するものであればどのような制御回路であってもよい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図２に基づき説明する。この第２実施形態は、可変速型ブロワの回転数を大気温度に基づいて制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００２８】
図２に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ１は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ａおよびバーナ用調節弁７ａを介して空気を供給する可変速型ブロワ３ａと、大気温度を検出する大気温度検出器４ａと、この大気温度検出器４ａが検出した大気温度に基づいて空気供給量を制御する制御部５ａとを備えている。可変速型ブロワ３ａは、制御部５ａからの指令（後述）Ｓ１を受けたときにその回転数を切り換え可能となっている。
【００２９】
制御部５ａは、電池電流または負荷などの値Ａを入力して予め設定された関数器９に基づく処理を実行して回転数の基準値Ｎを算出すると共に、大気温度検出器４ａからの大気温度の検出値Ｔを入力して補正関数器１０に基づく処理を実行して回転数の補正値ΔＮを算出し、その補正値ΔＴと基準値Ｔとを加減算器１１で加減算し、その加減算値（Ｎ＋ΔＮ）を回転数とする指令Ｓ１を可変型ブロワ３ａに与える。ここで、補正関数器１０は、基準値Ｎの大気温度に対する補正値ΔＮを演算するもので、予め設定した検出値Ｔの上限値ＴＲを越えたときにその検出値Ｔに比例して補正値ΔＮを高めるように設定されている（図中のＴ−ΔＮ関係図参照）。
【００３０】
従って、大気温度が上昇してその空気密度が小さくなったときに、制御部５ａが可変速型ブロワ３ａの現在の回転数を高めるように補正するため、空気供給量の減少が補償されて、大気温度に関係なく安定した状態で適切な量の空気を供給できる。
【００３１】
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を図３に基づき説明する。この第３実施形態は、可変速型ブロワ３ｂの回転数をカソード用調節弁６ｂの弁開度に基づいて制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３２】
図３に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ２は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｂおよびバーナ用調節弁７ｂを介して空気を供給する可変速型ブロワ３ｂと、空気供給量を制御する制御部５ｂとを備えている。カソード用調節弁６ｂは、制御部５ａからの指令（後述）Ｓ２を受けたときにその弁開度を変更可能となっている。
【００３３】
制御部５ｂは、電池電流または負荷などの値Ａを入力して予め設定された関数９ａに基づく処理を実行して回転数の基準値Ｎを算出すると共に、カソード用調節弁６ｂの開度信号Ｏ１を入力して予め設定された補正関数器１２に基づく処理を実行して回転数の補正値ΔＮを算出し加減算１１ａで、その補正値ΔＮと基準値Ｎとの加減算値（Ｔ＋ΔＴ）を回転数とする指令Ｓ２を可変速型ブロワ３ｂに与える。ここで、補正関数１２は、基準値Ｎのカソード用調節弁６ｂの開度信号Ｏ１に対する補正値ΔＮを演算するもので、予め設定した開度信号Ｏ１の上限値ＯＲを越えたときにその開度信号Ｏ１に比例して補正値ΔＮを高めるように設定されている（図中のＴ−ΔＮ関係図参照）。
【００３４】
従って、大気温度が上昇して空気密度が小さくなった場合でも、制御部５ｂが可変型ブロワ３ｂの回転数を高めるように補正するため、カソード用調節弁６ｂの開度が不安定に大きくなることもなく、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００３５】
（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を図４に基づき説明する。この第４実施形態は、可変速型ブロワ３ｃの回転数をバーナ用調節弁６ｃの弁開度に基づいて制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３６】
図４に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ３は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｃおよびバーナ用調節弁７ｃを介して空気を供給する可変速型ブロワ３ｃと、空気供給量を制御する制御部５ｃとを備えている。
【００３７】
制御部５ｃは、電池電流または負荷などの値Ａを入力して予め設定された関数器９ｂに基づく処理を実行して回転数の基準値Ｎを算出すると共に、バーナ用調節弁７ｃの開度信号Ｏ２を入力して予め設定された補正関数器１３に基づく処理を実行して回転数の補正値ΔＮを算出し、加減算器１１ｂでその補正値ΔＮと基準値Ｎとの加減算値（Ｎ＋ΔＮ）を回転数とする指令Ｓ３を可変速型ブロワ３ｃに与える。ここで、補正関数器１３は、基準値Ｎのバーナ用調節弁７ｃの開度信号Ｏ２に対する補正値ΔＮを演算するもので、予め設定した開度信号Ｏ２の上限値ＯＲを越えたときにその開度に比例して補正値ΔＮを高めるように設定されている（図中のＴ−ΔＮ関係図参照）。
【００３８】
従って、大気温度が上昇して空気密度が小さくなった場合でも、制御部５ｃが可変型ブロワ３ｃの回転数を高めるように補正するため、バーナ用調節弁７ｃの開度が不安定に大きくなることもなく、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００３９】
（第５実施形態）
次に、この発明の第５実施形態を図５に基づき説明する。この第５実施形態は、例えば、定速型ブロワ３ｄを適用し、大気温度に基づいてカソード用調節弁７ｄの弁開度を制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４０】
図５に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ４は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｄおよびバーナ用調節弁７ｄを介して空気を供給する定速型ブロワ３ｄと、空気供給量を制御する制御部５ｄとを備えている。
【００４１】
制御部５ｄは、大気温度を入力して予め設定された補正関数器１４に基づく処理を実行して電池電流又は負荷などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を算出し、その補正量ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算器１５で乗じた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を求める。ここで、補正関数器１４は、定数をａ、ｂとしたとき、大気温度Ｔに対する電池電流などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を
【数１】
ｆ（Ｔ）＝（ａＴ＋ｂ）１／２
の関数式で演算するものである。
【００４２】
この制御部５ｄは、上記［数１］式による補正値ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算して求めた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を入力して予め設定された関数器１６に基づく処理を実行してカソード用調節弁６ｄの開度信号Ｏ１を算出し、この開度信号Ｏ１に相当する指令Ｓ４をカソード用調節弁６ｄに与える（図中のＡ・ｆ（Ｔ）−Ｏ１関係図参照）。
【００４３】
従って、大気温度が上昇して空気密度が小さくなったときに、制御部５ｄがカソード用調節弁６ｄの開度を高めるように補正するため、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００４４】
（第６実施形態）
次に、この発明の第６実施形態を図６に基づき説明する。この第６実施形態は、例えば、定速型ブロワ３ｅを適用し、大気温度に基づいてバーナ用調節弁７ｅの弁開度を制御するものである。ここで、第１実施形態と同等または同一の構成要素については同等または同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４５】
図６に示す燃料電池発電装置において、プラント・システムＰＳ５は、上述と同様の燃料電池１内の酸化剤極１ｂおよび改質器２内のバーナ室（図示しない）にカソード用調節弁６ｅおよびバーナ用調節弁７ｅを介して空気を供給する例えば、定速型ブロワ３ｅと、空気供給量を制御する制御部５ｅとを備えている。
【００４６】
制御部５ｅは、大気温度を入力して予め設定された補正関数器１４ａに基づく処理を実行して電池電流又は負荷などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を算出し、その補正量ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算器１５ａで乗じた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を求める。ここで、補正関数１４ａは、定数をａ、ｂとしたとき、大気温度Ｔに対する電池電流などの値Ａの補正値ｆ（Ｔ）を
【数２】
ｆ（Ｔ）＝（ａＴ＋ｂ）１／２
の関数式で演算するものである。
【００４７】
この制御部５ｅは、上記［数２］式による補正値ｆ（Ｔ）と電池電流などの値Ａとを乗算して求めた電池電流補正値（Ａ・ｆ（Ｔ））を入力して予め設定された関数器１６ａに基づく処理を実行してバーナ用調節弁７ｅの開度信号Ｏ２を算出し、この開度信号Ｏ２に相当する指令Ｓ５をバーナ用調節弁７ｅに与える（図中のＡ・ｆ（Ｔ）−Ｏ２関係図参照）。
【００４８】
従って、大気温度が上昇してその空気密度が小さくなったときに、制御部５ｅがバーナ用調節弁７ｅの開度を高めるように補正するため、空気供給量の減少が補償され、大気温度に関係なく安定して適切な量の空気を供給できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る燃料電池発電装置にあっては、供給空気の温度及びその温度可変のプロセス状態値のうち、少なくとも１つ以上を検出し、その検出値に基づいて回転数を算出し、算出した回転数を可変速型ブロワに与えるか、または空気を供給する調節弁の弁開度を空気温度に見合う適正に制御する構成にしたので、供給空気の温度に起因する空気密度の変動に関係なく、安定運転に見合う適正量の空気を確実に燃料電池内の酸化剤極や改質器内のバーナ室に供給でき、これにより、例えば空気不足による燃料電池の損傷や改質器内のバーナ室の不完全燃焼などの事態を殆ど回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図２】第２実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図３】第３実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図４】第４実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図５】第５実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図６】第６実施形態に係る燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図７】定速型ブロワを適用した従来の燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【図８】可変速型ブロワを適用した従来の燃料電池発電装置の要部構成を示す概略ブロック図。
【符号の説明】
１ 燃料電池
１ａ 燃料極
１ｂ 酸化剤極
ＰＳ プラント・システム
２ 改質器
２ａ バーナ
３ 空気ブロワ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 可変速型ブロワ
３ｄ，３ｅ 定速型ブロワ
４ 検出部
４ａ 大気温度検出器
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ 制御部
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ カソード用調節弁
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ バーナ用調節弁
８ 補正関数器
９，９ａ，９ｂ 関数器
１０，１２，１３，１４，１４ａ 補正関数器
１１，１１ａ，１１ｂ 加減算器
１５，１５ａ 乗算器
１６，１６ａ 関数器
Claims (5)
- 燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、この可変速型ブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
- 燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、上記カソード用調節弁の弁開度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
- 燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、 上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給する可変速型ブロワと、上記バーナ用調節弁の弁開度に基づいて補正回転数を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に基づいて基準回転数を算出する関数器と、この関数器からの基準回転数に上記補正関数器からの補正回転数を加減算して上記可変速型ブロワに修正回転数を与える加減算器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
- 燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給するブロワと、このブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正値を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に上記補正関数器からの補正値を乗算する乗算器と、この乗算器からの補正信号に基づいて弁開度信号を算出し、算出した弁開度信号を上記カソード用調節弁に与える関数器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
- 燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、少なくとも水素を上記燃料極に供給し且つ少なくとも空気を上記酸化剤極に供給することにより、上記燃料電池から電気化学的反応に基づく電気エネルギーを取り出してプラント運転を実行させるプラント・システムとを備えた燃料電池発電装置において、上記プラント・システムは、上記酸化剤極および改質器バーナ室のそれぞれにカソード用調節弁およびバーナ用調節弁のそれぞれを介装させてそれぞれに空気を供給するブロワと、このブロワに供給する空気の温度を検出し、検出した温度に基づいて補正値を算出する補正関数器と、上記燃料電池からの電流および負荷のうち、いずれか一方の信号に上記補正関数器からの補正値を乗算する乗算器と、この乗算器からの補正信号に基づいて弁開度信号を算出し、算出した弁開度信 号を上記バーナ用調節弁に与える関数器とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
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| JP4751608B2 (ja) * | 2004-12-24 | 2011-08-17 | アイシン精機株式会社 | カソード用ポンプまたはブロアの制御装置、および燃料電池システム |
| JP4611248B2 (ja) * | 2006-06-23 | 2011-01-12 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
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1995
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