JP5203668B2 - 燃料電池発電システムとその制御方法 - Google Patents
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Description
[構成]
まず、図1を用いて本発明の第1の実施形態を説明する。第1の実施形態における燃料電池発電システム1は、燃料電池2と、燃料電池2の燃料極2aに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段3と、燃料電池2の空気極2bに空気を供給する空気供給手段4と、燃料電池発電システム1の運転を制御する制御装置5とから構成される。
以上のような本実施形態の燃料電池発電システムによれば、燃料極2aから触媒燃焼器6へ至るアノード配管9に、アノードオフガス再熱熱交換器71と、アノードオフガス冷却器72及びドレンセパレータ73とから構成される熱交換系7を設け、これにより燃料極2aから排出されるオフガスをアノードオフガス再熱熱交換器71とアノードオフガス冷却器72とにより冷却する。そして、このドレンセパレータ73においてアノードオフガス中の水分を一部除去し、アノードオフガス再熱熱交換器71で再熱することにより、乾き状態にて触媒燃焼器6へ送る。
[構成]
次に、本発明の第2の実施形態について図3を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
以上のような本実施形態の燃料電池発電システム20は次のように作用する。すなわち、制御装置5が、排熱利用水戻り温度センサ74により、排熱利用水戻り温度を監視する。排熱利用水戻り温度センサ74より、排熱利用水の温度が所定の温度より上昇した場合には、制御装置5は、カソード空気バイパスライン21の流量調整弁22を開とする。これにより、空気供給手段4からカソード空気バイパスライン21を通って、O2 分率が高く、一般に水分も少ないフレッシュ空気を、触媒燃焼器6へ直接導入する。このとき、燃料電池発電システム20における空気の全体流量が増加するため、空気供給手段4から燃料電池2の空気極2bに供給される空気量に変化はないものの、燃料電池2の外部空気利用率は低下したこととなる。
次に、本発明の第3の実施形態について、図5を用いて説明する。なお、第1又は第2の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
2…燃料電池
2a…燃料極(アノード)
2b…空気極(カソード)
3…燃料ガス供給手段
31…燃料流量調整弁
4…空気供給手段
5…制御装置
6…触媒燃焼器
7…熱交換系
71…アノードオフガス再熱熱交換器
72…アノードオフガス冷却器
73…ドレンセパレータ
74…温度センサ
8…カソード配管
9…アノード配管
20…燃料電池発電システム
21…カソード空気バイパスライン
22…流量調整弁
30…燃料電池発電システム
30a…電気ヒータ
Claims (7)
- 燃料極と空気極とを備えた燃料電池本体と、水素と酸素を前記燃料電池本体の前記燃料極と前記空気極とにそれぞれ供給するガス供給手段と、前記燃料極から排出されるアノードオフガスを冷却してアノードオフガス中の水分を除去する熱交換系と、前記熱交換系を経たオフガス中の燃料分を燃焼させる燃焼器とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記熱交換系は、前記燃料極から排出されるアノードオフガスを冷却するアノードオフガス再熱熱交換器と、前記アノードオフガス再熱熱交換器から排出されたアノードオフガスを冷却するアノードオフガス冷却器と、前記アノードオフガス冷却器から排出されたアノードオフガス中の水分を除去するドレンセパレータとからなり、
前記アノードオフガス再熱熱交換器は、前記ドレンセパレータから排出されたアノードオフガスを再熱し、
前記アノードオフガス冷却器の低温側には、排熱利用戻り水を循環させる排熱利用系が設けられ、
この排熱利用系には、流通する排熱戻り水の温度を測定する温度センサが設けられ、
前記排熱戻り水の温度が所定温度以上となった場合に、前記燃料電池本体の燃料利用率を低下させる制御部を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 前記ガス供給手段と前記燃焼器との間に流量制御弁が設けられ、
前記制御部は、前記流量制御弁を制御して前記燃料極に供給される水素量を制御することにより、前記燃料電池本体の燃料利用率を低下させることを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム。 - 前記ガス供給手段と前記空気極との間から前記空気極を迂回して空気極と触媒燃焼器との間に配されたバイパス配管を備え、
このバイパス配管には、空気流量調整弁が設けられ、
前記制御部は、前記温度センサからの前記排熱戻り水の温度が所定温度以上となった場合に、前記空気流量調整弁を制御して、バイパス配管を流れる空気の流量を増加させることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池発電システム。 - 前記燃焼器の上流にヒータを備え、
前記制御部は、前記温度センサからの前記排熱戻り水の温度が所定温度以上となった場合に、前記ヒータの出力を増加させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池発電システム。 - 燃料極と空気極とを備えた燃料電池本体と、水素と酸素を前記燃料電池本体の前記燃料極と前記空気極とにそれぞれ供給するガス供給手段と、アノードオフガス再熱熱交換器とアノードオフガス冷却器とドレンセパレータとからなり、前記燃料極から排出されるアノードオフガスを前記アノードオフガス再熱熱交換器、前記アノードオフガス冷却器の順で冷却し、前記アノードオフガス冷却器から排出されたアノードオフガス中の水分を前記ドレンセパレータで除去し、前記ドレンセパレータから排出されたアノードオフガスを前記アノードオフガス再熱熱交換器で再燃する熱交換系と、前記熱交換系を経たアノードオフガス中の燃料分を燃焼させる燃焼器と、前記アノードオフガス冷却器の低温側に設けられ排熱利用戻り水を循環させる排熱利用系と、この排熱利用系に設けられ流通する排熱戻り水の温度を測定する温度センサと、これらを制御する制御部を備えた燃料電池発電システムの制御方法において、
前記制御部は、前記温度センサにより、前記排熱戻り水の温度が所定温度以上となった場合に、前記燃料電池本体の燃料利用率を低下させる処理を実行することを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。 - 前記ガス供給手段と前記空気極との間から前記空気極を迂回して空気極と触媒燃焼器との間に配されたバイパス配管と、このバイパス配管に設けられた空気流量調整弁が設けられ、
前記制御部は、前記温度センサからの前記排熱戻り水の温度が所定温度以上となった場合に、前記空気流量調整弁を制御して、バイパス配管を流れる空気の流量を増加させるを特徴とする請求項5記載の燃料電池発電システムの制御方法。 - 前記燃焼器の上流にヒータが設けられ、
前記制御部は、前記温度センサからの前記排熱戻り水の温度が所定温度以上となった場合に、前記ヒータの出力を増加させる処理を行うことを特徴とする請求項5又は6記載の燃料電池発電システムの制御方法。
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