JP5537218B2 - 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの起動方法 - Google Patents
燃料電池システム、及び、燃料電池システムの起動方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5537218B2 JP5537218B2 JP2010076490A JP2010076490A JP5537218B2 JP 5537218 B2 JP5537218 B2 JP 5537218B2 JP 2010076490 A JP2010076490 A JP 2010076490A JP 2010076490 A JP2010076490 A JP 2010076490A JP 5537218 B2 JP5537218 B2 JP 5537218B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- reformed gas
- burner
- ignition
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
そこで、燃料電池の起動時には、燃料電池に放電抵抗を接続することで、微弱な電流を流して電圧を下げ、その後、外部負荷に接続するようにしている(特許文献1参照)。
また、放電抵抗接続後に電圧が立たない場合は、一度放電抵抗の接続を止め、電圧上昇を待ってリトライせざるを得ず、煩雑な制御となる。しかも、リトライ待ちのタイミングで電圧が立ちすぎると、OCV状態であるため、燃料電池の劣化の原因となる。
図1は本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図である。
本実施形態の燃料電池システムは、家庭用(定置式)の燃料電池システムであり、主に、炭化水素系燃料(例えば都市ガス、LPG、灯油など)を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、改質装置1から供給される改質ガス中の水素と空気供給系(エアポンプ13など)から供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池6と備えて構成される。
燃料電池6の各発電セルは、改質ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。すなわち、各発電セルのアノード7では、改質ガス中の水素が水素イオンと電子とに解離する反応が起き、水素イオンは電解質層を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、カソード8側にそれぞれ移動する。一方、カソード8では、空気供給系から供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。尚、燃料電池6の電解質層としては、一般に固体高分子形の電解質層を用いるが、他の形式の電解質層を用いてもよい。
メイン経路は、改質装置1から燃料電池6のアノード7入口に接続される通路9aと、アノード7出口からバーナー2に接続される通路9bとを含み、改質装置1からの改質ガスを燃料電池6に供給し、燃料電池6のアノード7出口から排出される未反応水素を含むオフガスをバーナー2に供給する。
経路切替手段は、メイン経路(9a、9b)とバイパス経路(10)とを選択的に切り替えるもので、本実施形態においては、通路9aに介装されたメインバルブ11と、通路10に介装されたバイパスバルブ12とから構成される。
尚、図示は省略したが、炭化水素燃料の供給系、改質ガスの供給系、及び、空気供給系には、必要により、供給流量を制御する制御弁や供給圧力を調整する調圧弁等が設けられる。
ここで、DC/DCコンバータ15とDC/ACインバータ16との間にスイッチ18を介在させて外部負荷17の接続を制御可能としている。
制御装置21は、要求発電量に応じて、実発電量を検出しつつ、燃料電池6の発電量を制御するものであり、発電量の制御のため、燃料電池6に対する改質ガス供給量や空気供給量の制御、改質装置1に対する燃料供給量(及び水供給量)の制御を含む、システム各部の制御を行うものである。従って、制御装置21には、システム各部より各種情報(燃料電池6の出力電圧を含む)が入力されている。また、バーナー2内に燃焼温度を検出する温度センサ22が設けられ、その信号も制御装置21に入力されている。
従って、前記スイッチ18、19のオン・オフは制御装置21中の接続制御部23により制御され、この制御には、バーナー2内に設けた温度センサ22からの信号の他、燃料電池6の出力電圧などが用いられる。
次に前記制御装置21による燃料電池システムの起動時の制御について説明する。
図2は起動時制御のフローチャートである。本制御は、例えばシステム起動スイッチ(図示せず)の投入によって開始される。
S3では、バーナー2への炭化水素系燃料の供給を停止し、改質ガスをバーナー2へ供給する。すなわち、改質装置1から改質ガスが生成されるタイミングで、バルブ5を閉じて、改質前の炭化水素系燃料のバーナー2への供給を停止し、これとほぼ同時に、通路10のバイパスバルブ12を開いて、バイパス経路を選択的に開通させ、改質装置1からの改質ガスをバーナー2へ供給する。このときもバーナー2での改質ガスの着火が検知されるまで、点火装置を用いて火花点火を行う。
S8では、スイッチ18をオンにして、燃料電池1に外部負荷17を接続する。そして、これと同時に、スイッチ19をオフにして、放電抵抗20の接続を遮断する。
尚、フローでは省略したが、放電抵抗20の接続後、燃料電池6の出力電圧が下限側の所定電圧V1(V1<V2)を下回ったときには、放電抵抗20の接続を一旦遮断し、電圧上昇を待ってリトライする。但し、本制御により、リトライは少なくなる。
S11では、改質ガスの燃料電池6への供給開始後(又は改質ガスのバーナー2への供給停止後)、バーナー温度が低下した後に、再上昇したか否かを判定する。具体的には、改質ガスの燃料電池6への供給開始後から、周期的なサンプルタイミングで、バーナー温度を検出して、最低値を記憶していく一方、検出値と最低値とを比較する。そして、検出値−最低値>所定値となった場合に、オフガスの着火を検知する。これは、燃料の切り替えにより一旦失火状態となり、再着火により温度上昇した場合を想定している。
尚、本実施形態では、バーナー2内に設けた温度センサ22により着火検知を行うようにしているが、フレームロッド(炎検出器)を用いて着火検知を行うようにしてもよく、着火検知方法(着火検知手段)は限定されるものではない。
また、本実施形態によれば、改質装置1からの改質ガスを燃料電池6に供給し、燃料電池6のアノード7出口から排出されるオフガスをバーナー2へ供給するメイン経路(通路9a、9b)と、改質装置1からの改質ガスを燃料電池6をバイパスしてバーナー2へ供給するバイパス経路(通路10)と、これらの経路を選択的に切り替える経路切替手段(メインバルブ11及びバイパスバルブ12)と、を備える燃料電池システムにおいて、前記メイン経路の選択による燃料電池6への改質ガスの供給開始を起点として、バーナー2でのオフガスの着火タイミングを検知し、これに基づいて放電抵抗20の接続タイミングを決定することで、上記システムにおける放電抵抗20の接続タイミングをより適正化することができる。
図2及び図3のフローチャートに示される実施形態では、バーナー2でのアノードオフガスの着火を検知し、着火検知と同時に、燃料電池6に放電抵抗20を接続していたが、本実施形態(図4及び図5のフローチャート)では、着火タイミングを学習し、学習した着火タイミングに基づいて接続タイミングを設定するようにしている。
すなわち、図2のS5では、燃料電池6への改質ガスの供給開始後の放電抵抗20の接続制御のため、バーナー2でのオフガスの着火を検知し、バーナー2でのオフガスの着火を検知すると、S6へ進むようにしているが、図4のS5’では、燃料電池6への改質ガスの供給開始後の放電抵抗20の接続制御のため、図5の学習制御ルーチンにより算出・記憶されている時間Tbを読込み、燃料電池6への改質ガスの供給開始から、Tb時間経過したか否かを判定し、Tb時間経過した時点で、S6へ進むようにしている。
S21では、改質ガスの燃料電池6への供給開始(図4のフローのS4)と同時に、計時用のタイマーをスタートさせる。
S22では、図2のS5と同様、改質ガスの燃料電池6への供給開始後の、バーナー2でのオフガスの着火を検知する。オフガスの着火検知方法(着火検知手段)については図3で説明した方法を用いればよい。ここで、バーナー2でのオフガスの着火を検知すると、S23へ進む。
S24では、着火タイミング(改質ガスの燃料電池6への供給開始からバーナー2でのオフガスの着火までの時間)Taを平均化処理する。
例えば、時系列的に検出される最新のn個の着火タイミング(時間)をTa1、Ta2、・・・、Tanとすると(例えばシフトレジスタを用いて記憶)、
平均化Ta=(Ta1+Ta2+・・・+Tan)/n
として算出する。
平均化Ta=平均化Ta×(1−F)+Ta×F
(Fは重み付け係数で、0<F<1)
として算出する。
ここで、S21〜S24の部分が着火検知手段を含む着火タイミング学習手段に相当し、S25の部分が接続タイミング設定手段に相当する。
すなわち、バーナー2にてアノードオフガスの着火が検知されるということは、バーナー2に燃焼に十分な量の水素が供給され、上流側の燃料電池6のアノード7に発電に十分な量の水素が供給されていると見ることができるが、経験的に、バーナー2にてアノードオフガスの着火が検知される数秒前に、上流側の燃料電池6のアノード7に発電に十分な量の水素が供給されていると見ることができる場合は、着火タイミング(改質ガスの燃料電池6への供給開始からバーナー2でのオフガスの着火までの時間)Taを学習し、学習した着火タイミングTaに基づいて、接続タイミングTbを設定することで、着火前の最適タイミングで、放電抵抗20の接続を行う。
2 バーナー
3 燃料ポンプ
4 バルブ
5 バルブ
6 燃料電池
7 アノード
8 カソード
9a、9b 通路(メイン経路)
10 通路(バイパス経路)
11 メインバルブ(経路切替手段)
12 バイパスバルブ(経路切替手段)
13 エアポンプ
14a、14b 通路
15 DC/DCコンバータ
16 DC/ACインバータ
17 外部負荷
18 スイッチ
19 スイッチ
20 放電抵抗
21 制御装置
22 温度センサ
23 接続制御部
Claims (10)
- 水素含有燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質装置と、
アノード側に前記改質装置からの改質ガスが供給され、カソード側に空気が供給されることで、発電する燃料電池と、
前記改質装置での改質用熱源となり、前記燃料電池への改質ガスの供給を開始した後は、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスを燃焼させて燃焼熱を得るバーナーと、
前記燃料電池の起動時で外部負荷接続前に前記燃料電池に接続される放電抵抗と、
を備える、燃料電池システムであって、
前記燃料電池への改質ガスの供給開始後の前記バーナーでの前記オフガスの着火を検知する着火検知手段を有し、この着火検知と同時に、前記燃料電池に前記放電抵抗を接続する接続制御部を設けたことを特徴とする、燃料電池システム。 - 水素含有燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質装置と、
アノード側に前記改質装置からの改質ガスが供給され、カソード側に空気が供給されることで、発電する燃料電池と、
前記改質装置での改質用熱源となり、前記燃料電池への改質ガスの供給を開始した後は、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスを燃焼させて燃焼熱を得るバーナーと、
前記燃料電池の起動時で外部負荷接続前に前記燃料電池に接続される放電抵抗と、
を備える、燃料電池システムであって、
前記燃料電池への改質ガスの供給開始後の前記バーナーでの前記オフガスの着火を検知する着火検知手段と、この着火検知手段により検知される前記燃料電池への改質ガスの供給開始後の着火タイミングを学習する着火タイミング学習手段と、学習した着火タイミングに基づいて前記放電抵抗の接続タイミングを設定する接続タイミング設定手段とを有し、設定された接続タイミングにて前記燃料電池に前記放電抵抗を接続する接続制御部を設けたことを特徴とする、燃料電池システム。 - 前記接続タイミング設定手段は、前記放電抵抗の接続タイミングを、学習した着火タイミングより予め定めた時間早いタイミングに設定することを特徴とする、請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記接続制御部は、前記放電抵抗の接続後、前記燃料電池の出力電圧が所定電圧を超えたときに、前記燃料電池に前記放電抵抗に代えて外部負荷を接続することを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池システムは、
前記改質装置からの改質ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスを前記バーナーへ供給するメイン経路と、
前記改質装置からの改質ガスを前記燃料電池をバイパスして前記バーナーへ供給するバイパス経路と、
これらの経路を選択的に切り替える経路切替手段と、
を含んで構成され、
前記接続制御部は、前記バーナーに前記バイパス経路を通じて改質ガスを供給している状態から、前記経路切替手段により前記メイン経路を選択することで、前記燃料電池への改質ガスの供給を開始した後に、前記バーナーでの前記オフガスの着火を検知することを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 水素含有燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質装置と、アノード側に前記改質装置からの改質ガスが供給され、カソード側に空気が供給されることで、発電する燃料電池と、前記改質装置での改質用熱源となり、前記燃料電池への改質ガスの供給を開始した後は、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスを燃焼させて燃焼熱を得るバーナーと、を備える、燃料電池システムの起動時に、
前記燃料電池に外部負荷を接続する前に、前記燃料電池に放電抵抗を接続する、燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池への改質ガスの供給開始後に、前記バーナーでの前記オフガスの着火を検知し、この着火検知と同時に、前記燃料電池に前記放電抵抗を接続することを特徴とする、燃料電池システムの起動方法。 - 水素含有燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質装置と、アノード側に前記改質装置からの改質ガスが供給され、カソード側に空気が供給されることで、発電する燃料電池と、前記改質装置での改質用熱源となり、前記燃料電池への改質ガスの供給を開始した後は、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスを燃焼させて燃焼熱を得るバーナーと、を備える、燃料電池システムの起動時に、
前記燃料電池に外部負荷を接続する前に、前記燃料電池に放電抵抗を接続する、燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池への改質ガスの供給開始後の前記バーナーでの前記オフガスの着火タイミングを学習し、学習した着火タイミングに基づいて前記放電抵抗の接続タイミングを設定し、設定された接続タイミングにて前記燃料電池に前記放電抵抗を接続することを特徴とする、燃料電池システムの起動方法。 - 前記放電抵抗の接続タイミングは、学習した着火タイミングより予め定めた時間早いタイミングに設定することを特徴とする、請求項7記載の燃料電池システムの起動方法。
- 前記放電抵抗の接続後は、前記燃料電池の出力電圧が所定電圧を超えたときに、前記燃料電池に前記放電抵抗に代えて外部負荷を接続することを特徴とする、請求項6〜請求項8のいずれか1つに記載の燃料電池システムの起動方法。
- 前記燃料電池システムは、前記改質装置からの改質ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池のアノード出口から排出されるオフガスを前記バーナーへ供給するメイン経路と、前記改質装置からの改質ガスを前記燃料電池をバイパスして前記バーナーへ供給するバイパス経路と、これらの経路を選択的に切り替える経路切替手段と、を含んで構成され、
前記バーナーに前記バイパス経路を通じて改質ガスを供給している状態から、前記経路切替手段により前記メイン経路を選択することで、前記燃料電池への改質ガスの供給を開始した後に、前記バーナーでの前記オフガスの着火を検知することを特徴とする、請求項6〜請求項9のいずれか1つに記載の燃料電池システムの起動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010076490A JP5537218B2 (ja) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010076490A JP5537218B2 (ja) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの起動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011210501A JP2011210501A (ja) | 2011-10-20 |
JP5537218B2 true JP5537218B2 (ja) | 2014-07-02 |
Family
ID=44941341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010076490A Expired - Fee Related JP5537218B2 (ja) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの起動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5537218B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013085530A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | Utc Power Corporation | Fuel cell assembly and method of control |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3068705B2 (ja) * | 1992-03-09 | 2000-07-24 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電装置およびその運転起動方法 |
JP2918759B2 (ja) * | 1993-03-10 | 1999-07-12 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池の制御装置 |
JP5002157B2 (ja) * | 2006-01-16 | 2012-08-15 | 株式会社荏原製作所 | 燃料電池システム |
-
2010
- 2010-03-30 JP JP2010076490A patent/JP5537218B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011210501A (ja) | 2011-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9509006B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2003197231A (ja) | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 | |
US9653742B2 (en) | Fuel cell system | |
US20120021315A1 (en) | Fuel cell system | |
JP5204757B2 (ja) | 水素生成装置およびその運転方法、並びに燃料電池システム、 | |
EP2420473B1 (en) | Method of operating a hydrogen generation device | |
JP5422780B1 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5121080B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2005174745A (ja) | 燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システム | |
JP2008010369A (ja) | 燃料電池システムの起動方法および燃料電池システム | |
JP5002220B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5537218B2 (ja) | 燃料電池システム、及び、燃料電池システムの起動方法 | |
JP5590964B2 (ja) | 燃料電池システムの制御方法 | |
JP5548987B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
JP2006331728A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5796227B2 (ja) | 燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムの運転停止方法 | |
JP5511419B2 (ja) | 水素生成装置及び燃料電池システム | |
WO2012132409A1 (ja) | 水素生成装置及びその運転方法 | |
JP5759597B2 (ja) | 燃料電池システムの制御方法 | |
JP2008004370A (ja) | 燃料改質システム | |
JP2007048490A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5314310B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2023056665A (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム | |
JP2013137948A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2016162606A (ja) | 燃料電池システムとその運転方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120711 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130930 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131008 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140401 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140425 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5537218 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |