JP3975672B2 - Fuel cell power generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電装置に関するものであり、特に水素を主体とする燃料を生成する燃料生成器の温度制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の燃料電池発電装置の構成図である。燃料ガスと酸化剤とを用いて発電を行う燃料電池1と、都市ガス13Aなどの発電原料に水を添加して改質し水素に富んだ燃料ガスを生成する燃料生成器2と、燃料生成器2へ供給する発電原料および水の量を調節する発電原料調節器3と、都市ガス13Aなどの燃焼原料と燃料電池1より排出される残余燃料ガスとを燃焼する燃焼器4と、燃焼器4へ供給する燃焼原料の流量を調節して燃料生成器2の温度を発電原料から燃料を生成するのに必要な温度(Ru系触媒を用いた場合は約700℃)に維持する燃焼原料調節器5と、燃焼器4にて完全燃焼が行われるように燃焼原料と残余燃料ガスとの量に応じて燃焼空気を燃焼器4へ供給する燃焼ファン6と、酸化剤としての空気を燃料電池1に供給するブロア8とを有している。
【0003】
発電原料調節器3は、発電原料と水とを所定の割合、すなわち本燃料電池発電装置の構成で、発電原料に都市ガス13Aを用いた場合は、標準状態の都市ガス13A、1L/min(=1.67×10-5m3/sec)(以下、標準状態のガス量には「N」を付ける。すなわちここでは1NL/minとなる)に対して3g/min(=5.0×10-5kg/sec)程度の水を添加して、燃料電池1の発電に必要な量の燃料ガスを生成できるように、燃料生成器2に供給する発電原料(都市ガス13A)と水との量を調節する。
【0004】
空気供給量調節器7内の残余水素推定器10は、発電原料調節器3にて設定された発電原料である都市ガス13Aの流量から燃料生成器2が生成する水素量を演算すると共に、電流検知器9が検知する燃料電池1の発電電流から燃料電池1で消費される水素量を演算し、双方の演算結果より燃焼器4へ供給される残余燃料ガス中に含まれる水素量を演算する。
【0005】
空燃比設定器11は、残余水素推定器10にて演算された量の残余燃料ガス中の水素と、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aとをちょうど燃焼させるだけの酸素を含む空気量を演算し、演算された空気量に対し所定の空燃比(例えば、空燃比1.5)の空気を燃焼器4へ供給するように燃焼ファン6の回転数を設定する。
【0006】
上記従来例のような燃料電池発電装置において、通常の運転をしている場合は、燃料生成器2の温度を燃料を生成するのに必要な温度に維持するには残余燃料ガスを燃やしただけでは熱量が足らず、別途、燃焼原料を供給して燃料生成器2の温度を維持している。
【0007】
そして、燃料生成器2の温度が、燃料を生成するのに必要な温度よりも高くなる場合、例えば発電電力が小さくなって残余燃料ガスの熱量が一時的に多くなると同時に燃料生成器2での燃料ガスの生成量が少なくなる場合や、環境温度が高く燃料生成器2の放熱量が少ない場合には、燃焼原料調整器5は、燃焼器4へ送る燃焼原料の量を減らしたり、供給停止することで燃焼器4の発熱量を調節し、燃料生成器2の温度を制御している。
【0008】
しかしながら、本構成では燃料生成器2の温度を下げる手段は特に装備されていないので温度が下がるには時間がかかり、また、燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも下がった場合でも、温度が上がり過ぎないように燃焼原料供給量を徐々に増やして温度を上げなくてはならず、燃料原料調節器5による燃焼原料供給量の制御だけでは燃料生成器2の温度安定性を確保することが難しいという問題点があった。
【0009】
さらに、何らかの原因で燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度より上がり過ぎたような場合には、早急に燃料生成器2の温度を低下させないと、燃料生成器2が急速に性能劣化するとともに、最悪の場合、燃料生成器2が破損するが、それを防止する手段が装備されていないという問題点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術が有する問題点を解決することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の燃料電池発電装置を構成したことを特徴とする。
【0012】
第1の本発明の燃料電池発電装置は、燃料と酸化剤とで発電を行い水素を含む残余燃料ガスを排出する燃料電池本体と、発電原料と水とから前記燃料を生成する燃料生成器と、前記残余燃料ガスと燃焼原料とを燃やして前記燃料生成器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器へ供給される前記燃焼原料の量を設定する燃焼原料調節器と、前記燃焼器へ空気を供給する空気供給器と、前記空気供給器から供給される空気の流量を調節する空気流量調節器とを備え、前記燃焼原料調節器により燃焼原料の供給量を調節し、前記燃料生成器の温度を制御する燃料電池発電装置であって、前記燃焼器へ供給される前記燃焼原料の量が、前記残余燃料ガス中の水素が余り始めていることを間接的に示すしきい値より小さい場合には、前記空気流量調節器は、前記燃焼器に通常より過剰の空気を供給するよう調節することを特徴とする。
【0013】
第2の本発明の燃料電池発電装置は、燃料と酸化剤とで発電を行い水素を含む残余燃料ガスを排出する燃料電池本体と、発電原料と水とから前記燃料を生成する燃料生成器と、前記残余燃料ガスと燃焼原料とを燃やして前記燃料生成器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器へ供給される前記燃焼原料の量を設定する燃焼原料調節器と、前記燃料生成器の温度を検出する温度検知器と、前記燃焼器へ空気を供給する空気供給器と、前記空気供給器から供給される空気の流量を調節する空気流量調節器とを備え、前記燃焼原料調節器により燃焼原料の供給量を調節し、前記燃料生成器の温度を制御する燃料電池発電装置であって、前記燃焼器へ供給される燃焼原料の量が、前記残余燃料ガス中の水素が余り始めていることを間接的に示すしきい値より小さい場合には、前記空気流量調節器は、前記温度検知器で検出される前記燃料生成器の温度を燃料を生成するのに必要な温度に保つように前記燃焼器に供給する空気の流量を調節することを特徴とする。
【0014】
第3の本発明の燃料電池発電装置は、燃料と酸化剤とで発電を行い水素を含む残余燃料ガスを排出する燃料電池本体と、発電原料と水とから前記燃料を生成する燃料生成器と、前記残余燃料ガスと燃焼原料とを燃やして前記燃料生成器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器へ供給される前記燃焼原料の量を設定する燃焼原料調節器と、前記燃料生成器の温度を検出する温度検知器と、前記水の流量を調節する水量調節器とを備え、前記燃焼原料調節器により燃焼原料の供給量を調節し、前記燃料生成器の温度を制御する燃料電池発電装置であって、前記燃焼器へ供給される燃焼原料の量が、前記残余燃料ガス中の水素が余り始めていることを間接的に示すしきい値より小さい場合には、前記水量調節器は、前記温度検知器で検出される前記燃料生成器の温度を燃料を生成するのに必要な温度に保つように前記燃料生成器に供給する水量を調節することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0016】
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図である。従来例と同じ構成要素には同じ番号を付与し、ここでの説明は省略する。
【0017】
通常運転時には、燃料生成器2の温度を燃料を生成するのに必要な温度(Ru系触媒を用いた場合は700℃)に維持するために、残余燃料ガスの他に別途、燃焼原料を供給している。しかしながら、電力需要が急に下がるなどで燃料電池1の発電量が急に少なくなると、残余燃料ガス中の水素が多くなる。これをこのまま燃焼器4で燃焼させると、水素を減らすために燃料生成器2の反応量を低下させる制御も同時に働くので燃料生成器2で消費する熱量は減少しており、結果として燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも高くなる恐れがある。そこで以下のような制御を行うことで、別途燃料生成器2の冷却装置を設けることなしに、燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも高くなることを防止する。
【0018】
空気供給量調節器7内の残余水素推定器10は、発電原料調節器3にて設定された発電原料である都市ガス13Aの流量から燃料生成器2が生成する水素量を演算すると共に、電流検知器9が検知する燃料電池1の発電電流から燃料電池1で消費される水素量を演算し、双方の演算結果より燃焼器4へ供給される残余燃料ガス中に含まれる水素量を演算する。第2空燃比設定器12は、残余水素推定器10にて演算された量の残余燃料ガス中の水素と、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aとをちょうど燃焼させるだけの酸素を含む空気量を演算する。そして、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量Go[NL/min]に応じて(数1)によって演算される空燃比λを乗算した量の空気を燃焼器4へ供給するように燃焼ファン6の回転数を設定し、燃焼ファン6は空燃比λを乗算した量の空気を燃焼器4へ供給する。Goがしきい値xより大きい場合は通常モードの運転となるが、Goがしきい値xより小さい場合は冷却モードの運転となる。この時は、燃焼器4から燃料生成器2を通じて排出される排出ガスの量が増えるので、排出ガスに運ばれる熱量が増加し、その分燃料生成器2に伝達する熱量は減少する。よって、燃料生成器2の温度は空燃比λが一定の時(λ=a)に比べて相対的に低下するようになり、燃料生成器2の温度の低下速度を速くすることができる。
【0019】
【数1】
【0020】
しきい値xは、残余燃料ガス中の水素が相対的に余り始める目安を間接的に示した値であり、このような時は燃料生成器2の反応量を下げる制御も働くので、何もしないと燃料生成器2の温度は異常上昇してしまうことがある。しきい値xを設けることで燃料生成器2の温度上昇を予測し、燃焼原料の供給量が0にならないうちから徐々に排出ガスに逃げる熱量を多くすることができるので、燃料生成器2の温度の低下速度を速くでき、燃料生成器2の温度の異常上昇を広い範囲で未然に防ぐことが可能となる。
【0021】
以上のように、発電電力を小さくして残余燃料ガスが多くなった場合や、環境温度が高く燃料生成器2の放熱ロスが少ない場合、もしくは、なんらかの原因で燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも高くなった場合でも、本実施の形態の構成によれば、燃料生成器2の温度をいち早く低下させることが可能となるので、燃料生成器2の温度安定性を確保することが容易になる。
【0022】
また、燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも下がりすぎた場合は、温度を確保するために燃焼原料調節器5の燃焼原料である都市ガス13Aの供給量を増やす制御が働くものであるが、本実施の形態の構成では、燃焼原料の供給量の増分を大きくして、温度の上昇速度を速くすることができる。オーバーシュートして温度が上がり過ぎた場合でも、まず、燃焼原料の供給量を下げる制御が働いた後、(数1)に従う制御を行うので、燃料生成器2の温度の低下速度は速く、燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度に容易に制御できるものであり、燃料生成器2の温度安定性を確保することが容易になる。
【0023】
なお、しきい値xを大きくすると、空燃比が大きい運転状態に速く移行し、燃料生成器2に伝達する熱効率が下がる。逆に、しきい値xを小さくすると、空燃比が大きい運転状態に移行するのが遅れ、燃料生成器2の温度安定性を確保することが容易になるという本発明の効果が得られにくくなるので、発電装置の構成に鑑みてしきい値xは適切に設定すればよい。また、定常時の空燃比a、冷却モード時の空燃比bの値も発電装置の構成に鑑みて適切な値を選択すればよい。例えば発電原料と燃焼原料とに都市ガス13Aを用いた定格出力5kwの燃料電池発電装置では、(数1)において、定常時の空燃比a=1.5、冷却モード時の空燃比b=2.0、しきい値xをx=1.0[NL/min]とした(数2)において、都市ガス13Aの供給量Go[NL/min]の値により空燃比λを設定すると、燃料生成器の温度安定性を容易に確保できる燃料電池発電装置を構成できた。
【0024】
【数2】
【0025】
(実施の形態2)
図2は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図である。従来例および第1の実施の形態と同じ構成要素は同じ番号を付与し、ここでの説明は省略する。
【0026】
空気供給量調節器7内の残余水素推定器10は、発電原料調節器3にて設定された発電原料である都市ガス13Aの流量から燃料生成器2が生成する水素量を演算するとともに、電流検知器9が検知する燃料電池1の発電電流から燃料電池1で消費される水素量を演算し、双方の演算結果より燃焼器4へ供給される残余燃料ガス中に含まれる水素量を演算する。
【0027】
空気量演算器13は、残余水素推定器10にて演算された量の残余燃料ガス中の水素と、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aとをちょうど燃焼させるだけの酸素を含む空気量を演算する。そして、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値以上の場合には、演算した空気量に対し、定常時の空燃比の空気を燃焼器4へ供給するように燃焼ファン6の回転数を設定する。
【0028】
一方、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合には、燃料生成器2の温度を検知する温度検知器14に基づいて、燃料生成器2の温度を適正(燃料を生成するのに必要な温度)に保つように、燃焼ファン6の回転数を調節して空気量を制御する。空気量が多いと燃焼器4からの排出ガスに逃げる熱量が増え、結果として燃料生成器2の温度が下がり、空気量が少ないと燃焼器4からの排出ガスに逃げる熱量が減り、結果として燃料生成器2の温度が上がる。この時、空気量演算器13は、残余水素推定器10にて演算された量の残余燃料ガス中の水素と、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aとをちょうど燃焼させるだけの酸素を含む空気量を演算しており、空気量が少ない場合でも、空燃比は少なくとも1以上となるようになっている。燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合は、残余水素が多くなっており、温度検知器14で検知される温度は高くなることが想定される(排出ガスで燃料生成器2が昇温するまでには時間遅れがある)が、本実施の形態の構成によると、事前に燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さくなることを検知しているので、燃焼ファン6の回転数を通常より上げることで燃焼器4へ供給する空気量を多くし、排出ガスに逃げる熱量を増やして燃料生成器2の温度上昇を起こりづらくして、燃料生成器2の温度安定性を容易に確保できるようにしている。
【0029】
また、何らかの原因で燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度より異常に上昇した場合は、燃焼原料調節器5が燃焼原料である都市ガス13Aの供給量を少なくして燃料生成器2の加熱量を小さくするものであり、そして、燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値xより小さくなった段階で、燃料生成器2の温度が適正(燃料を生成するのに必要な温度)でない(高い)場合は、そのことを温度検知器14で検知し、燃焼ファン6の回転数を通常より上げることで燃焼器4へ供給する空気量を多くし、排出ガスに逃げる熱量を増やして燃料生成器2の温度を急速に低下させ、異常昇温を防止し、燃料生成器2の温度が下がりすぎた場合は、そのことを温度検知器14で検知し、燃焼ファン6の回転数を下げることで燃焼器4へ供給する空気量を少なくし、排出ガスに逃げる熱量を減らして燃料生成器2の温度を上昇させることで、燃料生成器2の温度を適正に保つものである。
【0030】
以上のように、燃料電池発電装置において、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合には、燃焼ファン6の回転数を調節して燃料生成器2の温度を適正温度に制御することにより、発電電力を小さくして残余燃料ガスが多くなった場合や、環境温度が高く燃料生成器2の放熱ロスが少ない場合、もしくは、なんらかの原因で燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも高くなってしまった場合でも、燃料生成器2の温度をいち早く低下させることが可能となるので、燃料生成器2の温度安定性を確保することが容易になる。
【0031】
(実施の形態3)
図3は、本発明の第3の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図であり、従来例で示されるものと同じ構成要素については同じ番号を付与し、ここでの説明は省略する。
【0032】
燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値以上の場合には、第2発電原料調節器15は、発電原料と水とを所定の割合(本燃料電池発電装置の構成では発電原料である都市ガス13Aの供給量1NL/minに対して水3g/min程度の割合)で燃料生成器2に供給する。
【0033】
一方、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合には、燃料生成器2の温度を検知する温度検知器14の検出値に基づいて、燃料生成器2の温度が適正(燃料を生成するのに必要な温度)を保つよう、第2発電原料調節器15は、燃料生成器2に供給する水の量を制御する。この時、供給される水の量の割合は、所定の割合、例えば発電原料である都市ガス13Aの供給量1NL/minに対して水3g/minの割合を大幅に下回ることはない。
【0034】
温度検知器14の検出値が適正より高い場合は水が所定の割合より過剰に供給され、水が所定の割合より過剰に供給されると、過剰分に熱が奪われるので、燃料生成器2の温度は低下する。このような状態になるときは、燃焼器4へ供給される燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合なので、燃料生成器2で発生している水素量は、燃料電池1で使われる水素量より過剰に生成されている状況にあり、燃料ガス中の水蒸気量が多少増えても燃料電池1での発電に与える影響は小さい。
【0035】
また、温度検知器14の検出値が適正より低い場合は水が所定の割合より少なく供給され、水が所定の割合より少なく供給されると、その分熱が余り、燃料生成器2の温度は上昇する。このような状態になるときは、燃焼器4へ供給される燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合なので、燃料生成器2で発生している水素量は、燃料電池1で使われる水素量より過剰に生成されている状況にあり、燃料ガス中の水蒸気量が多少減っても燃料電池1での発電に与える影響は小さい。
【0036】
このように、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合には、温度検知器14の検出値に基づいて、第2発電原料調節器15が燃料生成器2に供給する水の量を制御することで、燃料生成器2の温度を適正に保つよう調節する。
【0037】
また、何らかの原因で燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度より異常に上昇した場合は、燃焼原料調節器5が燃焼原料である都市ガス13Aの供給量を少なくして燃料生成器2の加熱量を小さくするものであり、そして、燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値xより小さくなった段階で、燃料生成器2の温度が適正(燃料を生成するのに必要な温度)でない(高い)場合は、そのことを温度検知器14で検知し、第2発電原料調節器15が燃料生成器2に供給する水の量を多くし、燃料生成器2から水蒸気として運ばれる熱量を増加させることで燃料生成器2の温度を急速に低下させ異常昇温を防止し、燃料生成器2の温度が低下した場合は水の量を少なくし、燃料生成器2から水蒸気として運ばれる熱量を減少させることで燃料生成器2の温度を上昇させることで、燃料生成器2の温度を適正に保つものである。
【0038】
以上のように、燃料電池発電装置において、燃焼原料調節器5にて設定された燃焼原料である都市ガス13Aの供給量がしきい値より小さい場合には、燃料生成器2に供給する水の量を増やして燃料生成器2の温度を適正温度に制御することにより、発電電力を小さくして残余燃料ガスが多くなった場合や、環境温度が高く燃料生成器2の放熱ロスが少ない場合、もしくは、なんらかの原因で燃料生成器2の温度が燃料を生成するのに必要な温度よりも高くなってしまった場合でも、燃料生成器2の温度をいち早く低下させることが可能となるので、燃料生成器2の温度安定性を確保することが容易になる。
【0039】
なお、実施の形態1、実施の形態2において、燃焼器4に供給する空気量が多く、空燃比が極端に大きい場合や、燃焼器4中の気体の速度が極端に大きくなる場合は失火の可能性があるが、そのような状態は避けるように燃焼器4などを構成し、空燃比の上限を設けることは当然のことである。
【0040】
また、実施の形態1と実施の形態3とを、あるいは実施の形態2と実施の形態3とを組み合わして構成しても、本発明の効果は何ら損なわれることはない。
【0041】
さらに、実施の形態1〜実施の形態3において、しきい値は、残余燃料ガス中の水素が相対的に余る目安であり、このような時は通常の燃料電池発電装置では燃料生成器2の反応量を下げる制御も働くので、何もしないと燃料生成器2の温度は異常上昇してしまう。このしきい値は、燃焼原料調節器5で設定する燃焼原料の供給量で固定した値に設定しても良いし、燃焼器4に取り付けたフレームロッドなどの火炎検知器の検出結果に対応して変動する値に、しきい値を設定しても良い。
【0042】
また、実施の形態1〜実施の形態3において、発電原料および燃焼原料は都市ガス13Aであるとして説明したが、これに限らず、燃料生成器に送って水素に富む燃料ガスを生成できる発電原料および燃焼原料、例えば他の、炭化水素を主体とする都市ガス種やLPガス、さらに液体燃料(灯油、ガソリン、メタノール、ジメチルエーテル等)でも良いし、発電原料と燃焼原料が異なっても良い。
【0043】
そして、実施の形態1〜実施の形態3では、燃焼原料の供給量としきい値とを比較するように説明したが、燃焼原料調節器5の出力としきい値とを比較しても、燃焼器4へ供給される燃焼原料の量がしきい値より小さいと判断することが可能なので、同様の効果が得られることは明白である。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明の構成によれば、燃料生成器の温度をすばやく下げることが可能となり、燃料生成器の温度を制御することが容易になるとともに、燃料生成器2の異常高温状態を、運転状態を持続しながら防ぐことができ、安定的かつ信頼性の高い燃料電池発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図
【図2】本発明の第2の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図
【図3】本発明の第3の実施の形態における燃料電池発電装置の構成図
【図4】従来の燃料電池発電装置の構成図
【符号の説明】
1 燃料電池
2 燃料生成器
3 発電原料調節器
4 燃焼器
5 燃焼原料調節器
6 燃焼ファン
7 空気供給量調節器
8 ブロワ
9 電流検知器
10 残余水素推定器
11 空燃比設定器
12 第2空燃比設定器
13 空気量演算器
14 温度検知器
15 第2発電原料調節器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power generator that generates power using a fuel cell, and more particularly to temperature control of a fuel generator that generates fuel mainly composed of hydrogen.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional fuel cell power generator. A
[0003]
The power generation
[0004]
The
[0005]
The air-fuel ratio setter 11 just burns the hydrogen in the residual fuel gas in the amount calculated by the
[0006]
In the fuel cell power generator as in the above-described conventional example, when the normal operation is performed, only the remaining fuel gas is burned in order to maintain the temperature of the
[0007]
When the temperature of the
[0008]
However, in this configuration, there is no particular means for lowering the temperature of the
[0009]
Furthermore, when the temperature of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that the following fuel cell power generator is configured.
[0012]
A fuel cell power generator according to a first aspect of the present invention includes a fuel cell main body that generates power with fuel and an oxidant and discharges residual fuel gas containing hydrogen, a fuel generator that generates the fuel from a power generation raw material and water, A combustor that burns the residual fuel gas and combustion raw material to heat the fuel generator; a combustion raw material regulator that sets an amount of the combustion raw material supplied to the combustor; and air to the combustor. An air supply device to be supplied; and an air flow rate adjuster for adjusting a flow rate of air supplied from the air supply device, wherein a supply amount of the combustion raw material is adjusted by the combustion raw material regulator, and a temperature of the fuel generator When the amount of the combustion raw material supplied to the combustor is smaller than a threshold value indirectly indicating that the hydrogen in the residual fuel gas starts to be surplus The air flow regulator is And adjusting to supply excess air than normal to the combustor.
[0013]
A fuel cell power generator according to a second aspect of the present invention includes a fuel cell main body that generates power with fuel and an oxidant and discharges residual fuel gas containing hydrogen, a fuel generator that generates the fuel from a power generation raw material and water, A combustor for burning the residual fuel gas and a combustion raw material to heat the fuel generator; a combustion raw material regulator for setting an amount of the combustion raw material supplied to the combustor; and a temperature of the fuel generator A temperature detector that detects air, an air supplier that supplies air to the combustor, and an air flow controller that adjusts a flow rate of air supplied from the air supplier, and is burned by the combustion material regulator A fuel cell power generator for controlling the temperature of the fuel generator by adjusting the supply amount of the raw material, wherein the amount of the combustion raw material supplied to the combustor is such that the hydrogen in the residual fuel gas starts to be excessive than indirectly indicates thresholds In this case, the air flow controller adjusts the flow rate of air supplied to the combustor so as to keep the temperature of the fuel generator detected by the temperature detector at a temperature necessary for generating fuel. It is characterized by adjusting.
[0014]
A fuel cell power generator according to a third aspect of the present invention includes a fuel cell main body that generates power with fuel and an oxidant and discharges residual fuel gas containing hydrogen, a fuel generator that generates the fuel from a power generation raw material and water, A combustor for burning the residual fuel gas and a combustion raw material to heat the fuel generator; a combustion raw material regulator for setting an amount of the combustion raw material supplied to the combustor; and a temperature of the fuel generator A fuel cell power generator comprising: a temperature detector that detects the amount of water; and a water amount adjuster that adjusts the flow rate of the water, wherein the combustion raw material adjuster adjusts the supply amount of the combustion raw material and controls the temperature of the fuel generator When the amount of the combustion raw material supplied to the combustor is smaller than a threshold value indirectly indicating that the hydrogen in the residual fuel gas starts to be excessive, the water amount regulator The fuel production detected by the temperature detector The temperature of the vessel and adjusting the amount of water supplied to the fuel generator so as to keep the temperature required to produce the fuel.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell power generator according to a first embodiment of the present invention. The same components as those in the conventional example are given the same numbers, and the description thereof is omitted here.
[0017]
During normal operation, in order to maintain the temperature of the
[0018]
The
[0019]
[Expression 1]
[0020]
The threshold value x is a value that indirectly indicates an indication that the hydrogen in the residual fuel gas starts to relatively remain. In such a case, the control for lowering the reaction amount of the
[0021]
As described above, when the generated power is reduced and the residual fuel gas is increased, when the environmental temperature is high and the heat dissipation loss of the
[0022]
In addition, when the temperature of the
[0023]
When the threshold value x is increased, the operating state with a large air-fuel ratio is quickly shifted to reduce the thermal efficiency transmitted to the
[0024]
[Expression 2]
[0025]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of the fuel cell power generation device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the conventional example and the first embodiment are given the same numbers, and the description thereof is omitted here.
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
On the other hand, when the supply amount of the city gas 13A that is the combustion raw material set by the combustion raw material regulator 5 is smaller than the threshold value, the fuel is detected based on the
[0029]
Also, if for some reason the temperature of the
[0030]
As described above, in the fuel cell power generator, when the supply amount of the city gas 13A as the combustion raw material set by the combustion raw material regulator 5 is smaller than the threshold value, the rotational speed of the
[0031]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration diagram of the fuel cell power generation device according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those shown in the conventional example, and the description thereof is omitted here.
[0032]
When the supply amount of the city gas 13A that is the combustion raw material set by the combustion raw material regulator 5 is equal to or greater than the threshold value, the second power generation
[0033]
On the other hand, when the supply amount of the city gas 13A that is the combustion material set by the combustion material regulator 5 is smaller than the threshold value, it is based on the detection value of the
[0034]
When the detection value of the
[0035]
In addition, when the detection value of the
[0036]
As described above, when the supply amount of the city gas 13A that is the combustion raw material set by the combustion raw material regulator 5 is smaller than the threshold value, the second power generation raw material regulation is performed based on the detection value of the
[0037]
Also, if for some reason the temperature of the
[0038]
As described above, in the fuel cell power generation device, when the supply amount of the city gas 13A that is the combustion raw material set by the combustion raw material regulator 5 is smaller than the threshold value, the water supplied to the
[0039]
In the first and second embodiments, when the amount of air supplied to the combustor 4 is large and the air-fuel ratio is extremely large, or when the gas velocity in the combustor 4 is extremely large, misfires may occur. Although there is a possibility, it is natural that the combustor 4 is configured so as to avoid such a state and an upper limit of the air-fuel ratio is provided.
[0040]
Even if the first embodiment and the third embodiment are combined or the second embodiment and the third embodiment are combined, the effect of the present invention is not impaired at all.
[0041]
Further, in the first to third embodiments, the threshold value is a measure for relatively remaining hydrogen in the remaining fuel gas. In such a case, the
[0042]
In the first to third embodiments, the power generation raw material and the combustion raw material have been described as the city gas 13A. However, the present invention is not limited to this, and the power generation raw material that can be sent to the fuel generator to generate the hydrogen-rich fuel gas. Further, it may be a combustion raw material, for example, another type of city gas mainly composed of hydrocarbons, LP gas, liquid fuel (kerosene, gasoline, methanol, dimethyl ether, etc.), and the power generation raw material and the combustion raw material may be different.
[0043]
In the first to third embodiments, the supply amount of the combustion raw material is compared with the threshold value. However, even if the output of the combustion raw material regulator 5 is compared with the threshold value, the combustor Since it can be judged that the amount of the combustion raw material supplied to 4 is smaller than the threshold value, it is obvious that the same effect can be obtained.
[0044]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the configuration of the present invention, the temperature of the fuel generator can be quickly lowered, the temperature of the fuel generator can be easily controlled, and the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell power generator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a fuel cell power generator according to a second embodiment of the present invention. Fig. 4 is a block diagram of a fuel cell power generator according to a third embodiment. Fig. 4 is a block diagram of a conventional fuel cell power generator.
DESCRIPTION OF
Claims (3)
る水量を調節することを特徴とする燃料電池発電装置。A fuel cell body that generates power with fuel and an oxidant and discharges residual fuel gas containing hydrogen, a fuel generator that generates the fuel from power generation raw material and water, and burns the residual fuel gas and combustion raw material A combustor for heating the fuel generator; a combustion raw material regulator for setting the amount of the combustion raw material supplied to the combustor; a temperature detector for detecting the temperature of the fuel generator; and a flow rate of the water. A fuel amount generator that adjusts the amount of combustion feed supplied by the combustion feed regulator and controls the temperature of the fuel generator, the combustion being supplied to the combustor If the amount of feed is less than a threshold that indirectly indicates that more hydrogen in the residual fuel gas has begun , the water volume regulator is connected to the fuel generator detected by the temperature detector. Temperature needed to produce fuel Fuel cell power plant and adjusting the amount of water supplied to the fuel generator so as to keep the temperature.
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