JP7140664B2 - Control device, control method, and fuel cell power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a control device, a control method, and a fuel cell power generation system.
燃料電池システムは、一般に燃料電池内の燃料極に供給される水素含有ガスと、燃料電池内の酸化剤極に供給される酸素含有ガスを用いて発電する。発電中に燃料極から排出されるアノードオフガスには未反応の水素が含まれている。このため、アノードオフガスを燃料電池に再供給し、発電に用いることがある。 A fuel cell system generally generates power using a hydrogen-containing gas supplied to a fuel electrode in the fuel cell and an oxygen-containing gas supplied to an oxidant electrode in the fuel cell. The anode off-gas discharged from the fuel electrode during power generation contains unreacted hydrogen. Therefore, the anode off-gas may be resupplied to the fuel cell and used for power generation.
アノードオフガスを循環させると、アノードオフガスに含まれる窒素などの不純物の濃度が時間の経過に従い増加し、燃料電池の電圧が低下する。このため、アノードオフガスを循環させる水素リサイクル管に脱気管を接続しておき、必要に応じて排脱気管の排出弁を開放して、窒素などをアノードオフガスの一部とともに排出する。これにより、発電に再利用するアノードオフガス中の不純物濃度などが低減される。ところが、排出弁の開放時間は、窒素などの濃度が十分に低下するように、長めの時間が設定されている場合がある。このような場合、より多くの水素が排出されることになり水素ガスの利用率を低下させてしまう恐れがある。 When the anode off-gas is circulated, the concentration of impurities such as nitrogen contained in the anode off-gas increases over time and the voltage of the fuel cell decreases. For this reason, a degassing pipe is connected to the hydrogen recycling pipe for circulating the anode off-gas, and if necessary, the discharge valve of the exhaust degassing pipe is opened to discharge nitrogen and the like together with part of the anode off-gas. As a result, the concentration of impurities in the anode off-gas that is reused for power generation is reduced. However, in some cases, the opening time of the discharge valve is set longer so that the concentration of nitrogen or the like is sufficiently reduced. In such a case, more hydrogen is discharged, which may reduce the utilization rate of hydrogen gas.
本発明が解決しようとする課題は、水素ガスの利用率の低下を抑制可能な燃料電池発電システムの制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system controller, a control method, and a fuel cell power generation system capable of suppressing a decrease in the utilization rate of hydrogen gas.
本実施形態に係る制御装置は、燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管から分岐する脱気管の脱気流量を制御する制御装置であって、前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、を備える。 A control device according to the present embodiment is a control device that recirculates the anode off-gas of a fuel cell and controls the degassing flow rate of a degassing pipe branching from a hydrogen recycling pipe that is mixed with the raw fuel and reused. An acquisition unit that acquires information about an air flow rate, and a control unit that performs control to adjust the degassing flow rate according to changes in the degassing flow rate based on the information.
本発明によれば、水素ガスの利用率の低下を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the utilization rate of hydrogen gas can be suppressed.
以下、本発明の実施形態に係る制御装置、制御方法、及び燃料電池発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。 Hereinafter, a control device, a control method, and a fuel cell power generation system according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these embodiments. In addition, in the drawings referred to in this embodiment, the same reference numerals or similar reference numerals are given to the same portions or portions having similar functions, and repeated description thereof may be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of explanation, and some of the configurations may be omitted from the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る燃料電池発電システム1の構成を説明するブロック図である。この図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1は、発電中に燃料電池の燃料極から排出されるアノードオフガスを再利用可能なシステムである。燃料電池システム1は、水素ガス供給管2と、酸素ガス供給管4と、水素リサイクル管6と、脱気管8と、燃料電池100と、水素ガス供給装置102と、送風部104と、燃料遮断弁106と、調整弁108と、燃料流量計110と、第1圧損部112と、脱気遮断弁114と、第2圧損部116と、圧力計118と、温度計120と、制御装置200とを備えて構成されている。ここで、水素ガスの利用率とは、水素ガス供給装置102から供給された水素が燃料電池100の発電に使用される割合を意味する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a fuel cell
水素ガス供給管2は、燃料電池100の燃料極流路100aの入口部J1と水素ガス供給装置102との間に接続された供給管である。これにより、水素ガス供給管2は、水素ガス供給装置102から供給された水素含有ガスを燃料電池100内の燃料極流路100aに供給する。
The hydrogen
酸素ガス供給管4は、燃料電池100内の酸化剤極流路100bの入口部に接続された供給管である。これにより、酸素ガス供給管4は、酸素含有ガスを燃料電池100の酸化剤極流路100bに供給する。
The oxygen
水素リサイクル管6は、燃料電池100内の燃料極流路100aの出口部J2と、水素ガス供給管2の合流部J3との間に接続された環流用の管である。水素リサイクル管6は、燃料極流路100aから排出されたアノードオフガスを水素ガス供給管2の合流部J3を介して環流させる。
The
脱気管8は、水素リサイクル管6における送風部104と合流部J3との間に設けられた分岐部J4から分岐する管であり、アノードオフガスの一部を排出する。
The
燃料電池100は、内部に水素含有ガスを燃料極(アノード)に供給する燃料極流路100aと、酸化剤極(カソード)に酸素含有ガスを供給する酸化剤流路100bとを有し、燃料極に供給される水素含有ガスと、酸化剤極に供給される酸素含有ガスとを用いて発電する。酸素含有ガスは、例えば大気である。ここで、アノードオフガスは、燃料電池100の発電中に燃料極流路100aから排出されるガスであり、未反応の水素ガスが含まれている。アノードオフガスには、酸化剤極に供給された酸素含有ガス中の窒素N2が混入する。このため、循環中のアノードオフガス(水素H2+窒素N2)の窒素濃度が時間経過と共に増加し、逆にアノードオフガス中の水素濃度は減少する。
The
燃料電池100は、複数の燃料電池セルを積層して構成されている。燃料電池100は、(化学式1)で示す電気化学反応を利用して、電極から電気エネルギを取り出す。
The
(化学式1)
燃料極反応:H2→2H++2e-
酸化剤極反応:(1/2)O2+2H++2e-→H2O
(Chemical Formula 1)
Anode reaction: H 2 →2H + +2e −
Oxidant electrode reaction: (1/2) O 2 +2H + +2e − →H 2 O
水素ガス供給装置102は、水素ガス供給管2を介して、燃料電池100の燃料極流路100aの上流側から水素含有ガスを供給する。また、水素ガス供給装置102として、水素ボンベなどを用いてもよい。なお、水素ガス供給装置102から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧は一定値に保たれる。
The hydrogen
送風部104は、例えばダイヤフラム式ポンプ、ルーツ式ポンプ、スクロール式ポンプであり、水素ガス供給管2の合流部J3よりも上流側の水素リサイクル管6に設けられている。この送風部104は、アノードオフガスを燃料極の下流側から吸引し、リサイクルガス流路6の送風部104より下流側に排出する。
The
燃料遮断弁106は、水素ガス供給管2を開閉する。燃料遮断弁106を開放している場合に、水素ガス供給装置102から水素ガス供給管2に水素が供給される。一方で、燃料遮断弁106を閉じている場合に、水素ガス供給装置102から水素ガス供給管2への水素供給は遮断される。
A
調整弁108は、燃料遮断弁106の弁が開けられている場合に、弁の開度により水素ガス供給装置102から水素ガス供給管2への水素供給量を調整する。なお、本実施形態に係る水素ガス供給管2には、燃料遮断弁106、及び調整弁108が設けられているが、これに限定されず、例えば燃料遮断弁106のみを設け、燃料遮断弁106の開閉制御により、所定量の原燃料である水素を水素リサイクル管6に供給してもよい。また、原燃料が供給されている間において、燃料電池100の発電出力または電流値は所定値以上に維持されている。
The
燃料流量計110は、水素ガス供給管2内を流れる水素の流量を計測する。
A
第1圧損部112は、例えば流量オリフィスであり、水素ガス供給管2と水素リサイクル管6との合流部J3と、水素リサイクル管6と脱気管8との分岐部J4の間に配置される。例えば、水素リサイクル管6内のアノードオフガスの流量が一定であり、且つ水素ガス供給管2における燃料元圧が一定であると、水素リサイクル管6内のアノードオフガス中の窒素が上昇すると、バランス上、流量オリフィスのデルタ圧力が上昇する。これにより、流量オリフィスの上流側の圧力、すなわち分岐部J4を含む領域の圧力が上昇する。
The first
脱気遮断弁114は、アノードオフガスの一部を排出する脱気管8を開閉する。脱気遮断弁114の弁を閉じている場合に脱気管8は遮断される。これにより、水素リサイクル管6からの脱気は遮断される。一方で、脱気遮断弁114の弁を開けている場合に水素リサイクル管6からの脱気が行われる。
第2圧損部116は、例えば脱気流量オリフィスであり、脱気管8の分岐部J4と脱気遮断弁114との間に配置される。
The degassing
The second
圧力計118は、水素リサイクル管6の送風部104と分岐部J4との間に設けられている。これにより、圧力計118は、分岐部J4より上流側の水素リサイクル管6内の圧力を測定する。
A
温度計120は、水素リサイクル管6の送風部104と分岐部J4との間に設けられている。これにより、温度計120は、分岐部J4より上流側の水素リサイクル管6内の温度を測定する。
A
図2は、制御装置200の構成を示すブロック図である。この図2に示すように、制御装置200は、燃料電池発電システム1全体を制御する。制御装置200は、プロセッサを含んで構成されており、必要なプログラムを記憶部202から読み出して実行することで、各種の機能を実現する。すなわち、制御装置200は、記憶部202と、取得部204と、脱気流量演算部206と、制御部208とを備えて構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
記憶部202は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶部202は、脱気管8から排出される脱気流量と水素リサイクル管6内の水素濃度の関係を示すテーブルを記憶している。また、記憶部202は、水素ガス供給管2内を流れる水素の流量と水素リサイクル管6内の水素濃度の関係を示すテーブルを記憶している。
The
図3は、記憶部202に記憶されるテーブルの一例をグラフ化した図である。脱気流量と水素濃度の関係を示すグラフである。縦軸は脱気流量を示し、横軸は水素濃度を示す。ここでは、調整弁108の弁の開度を固定することにより所定量の原燃料である水素が水素リサイクル管6に供給されている場合を示している。すなわち、脱気遮断弁114が開状態となり、アノードオフガスの脱気が開始されると脱気流量が次第に増加する。これは、アノードオフガス中の窒素濃度が減少し、アノードオフガスの密度が次第に減少することにより流量が増加するためである。
FIG. 3 is a graph showing an example of a table stored in the
取得部204は、脱気管8から脱気される脱気流量に関する値を取得する。例えば、取得部204は、脱気遮断弁114が遮断された状態での燃料流量計110で計測された第1流量と、脱気遮断弁114が開状態での燃料流量計110で計測された第2流量を取得する。また、取得部204は、圧力計118により計測された圧力と、温度計120により計測された温度を取得する。
The
脱気流量演算部206は、燃料流量計110で計測された流量に基づき、脱気流量を演算する。例えば、脱気流量演算部206は、取得部204により取得された第2流量と第1流量との差分を脱気流量として演算する。
The degassing flow
制御部208は、燃料電池100の発電時には、燃料遮断弁106を開状態とし、調整弁108の弁の開度を固定することにより所定量の原燃料である水素を水素リサイクル管6に供給する。すなわち、水素ガス供給装置102から供給される水素含有ガスの元圧である燃料元圧は一定値に保たれる。一方で、燃料遮断弁106を閉状態として、燃料電池100の発電を停止する。
During power generation of the
また、制御部208は、燃料電池100の発電時に、脱気遮断弁114の開閉制御を行う。これにより、アノードオフガス中の水素濃度の制御を行う。より詳細には、脱気遮断弁114を閉じてから所定の時間が経過すると、脱気遮断弁114を開ける制御を行う。これにより、上述のように、アノードオフガスの脱気が開始されると脱気流量が次第に増加する。
Further, the
制御部208は、取得部204が取得した脱気流量に関する値の変化に応じて、脱気管8から脱気される脱気流量を調整する制御を行う。すなわち、制御部208は、燃料電池100に供給される所定量の原燃料(H2)に対する脱気流量が所定値に達すると、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行う。
The
より具体的には、制御部208は、脱気流量演算部206が演算した差分値、すなわち脱気流量が所定の第1閾値に達すると、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行う。第1閾値は、記憶部202に記憶されるテーブルを用いて、目的とする水素濃度の値に基づき設定される。これにより、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行うので、水素濃度を所定の濃度以下まで低下できる。また、この制御は、燃料流量計110の計測値のみで行えるので、燃料電池発電システム1を簡略化できる。
More specifically, when the difference value calculated by the degassing
また、脱気遮断弁114が開状態で計測された第2流量は、閉状態で計測された第1流量と脱気流量との加算値となる関係にある。第1流量は固定値であるので、制御部208は、水素ガス供給管2における原燃料の流量が所定の第2閾値に達すると、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。第2閾値は、記憶部202に記憶されるテーブルを用いて、目的とする水素濃度の値に基づき設定される。これにより、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行うので、水素濃度を所定の濃度以下まで低下できる。この場合には、演算処理を省略可能となり、制御処理をより簡略化できる。
Also, the second flow rate measured when the
更にまた、図3に示したように、水素濃度に対する脱気流量の増加量の変化は一定の特性を有する。このため、制御部208は、脱気流量の変化速度が所定値以上となるまで、脱気管8からの脱気を継続する制御を行ってもよい。すなわち、制御部208は、脱気流量の変化速度、例えば脱気流量の時間微分値が所定値以上となると、脱気遮断弁114を閉じる制御を行ってもよい。この場合には、水素ガス供給管2に供給される燃料元圧の変動による影響を低減可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the change in the amount of increase in the degassing flow rate with respect to the hydrogen concentration has a constant characteristic. Therefore, the
ここで、プロセッサという文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit: ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device: SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device: CPLD)、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array: FPGA)等の回路を意味する。なお、記憶部202にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成して構わない。また、制御装置200内の各構成を電子回路で実現してもよい。
Here, the word processor includes, for example, CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), or Application Specific Integrated Circuit (ASIC), programmable logic device (for example, simple programmable logic device (Simple Programmable Logic Device: SPLD), Complex Programmable Logic Device (CPLD), Field Programmable Gate Array (FPGA) and other circuits. , the program may be directly embedded in the circuit of the processor, and each component in the
以上が本実施形態に係る燃料電池システム1の構成の説明であるが、次に制御装置200の制御動作例について説明する。図4は、制御装置200の制御動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、脱気遮断弁114が遮断された状態で燃料流量計110により計測された第1流量は既に取得されており、脱気遮断弁114を開けて、脱気を開始した時点からの制御例を説明する。
The configuration of the
まず、取得部204は、脱気遮断弁114が開状態での燃料流量計110で計測された第2流量を取得する(ステップS100)。
First, the
次に、脱気流量演算部206は、燃料流量計110で計測された第2流量に基づき、脱気流量を演算する(ステップS102)。すなわち、脱気流量演算部206は、取得部204により取得された第2流量と第1流量との差分を脱気流量として演算する。
Next, the degassing
次に、制御部208は、脱気流量が所定値以上であるか否かを判定する(ステップS104)。脱気流量が所定値未満である場合(ステップS104のNo)、制御部208は、ステップS100からの処理を繰り返す。
Next, the
一方で、脱気流量が所定値以上である場合、(ステップS104のYes)、制御部208は、脱気遮断弁114を遮断し(ステップS106)、全体処理を終了する。
On the other hand, if the degassing flow rate is equal to or greater than the predetermined value (Yes in step S104), the
以上のように、本実施形態によれば、制御部208は、脱気流量が所定値以上となった場合に脱気遮断弁114を閉じることとした。水素濃度と水素濃度に対する脱気流量の増加量とは一定の関係を有するので、水素濃度が所定値に達した時点で、脱気管8からの脱気を遮断することが可能となる。これにより、燃料電池100の電圧を所定値以上に維持した状態で、水素利用効率の低下が抑制される。
As described above, according to the present embodiment, the
(第2実施形態)
第2実施形態係る燃料電池システム1は、水素リサイクル管6内の圧力、及び温度の内の少なくともいずれかに応じて、制御部208の制御値を補正する機能を有することで、第1実施形態に係る燃料電池発電システム1と相違する。以下では相違する点に関して説明する。
(Second embodiment)
The
図5は、第2実施形態に係る制御装置200の構成を示すブロック図である。本実施形態係る制御装置200は、水素濃度演算部210と、補正演算部212と、閉時間調整部214とを更に有することで、第1実施形態係る制御装置200と相違する。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
水素濃度演算部210は、脱気流量演算部206が演算した脱気流量の値を記憶部202に記憶される変換テーブルに基づき、水素濃度に変換する。
The hydrogen
補正演算部212は、脱気遮断弁114が閉状態で取得部204が取得した圧力計118により計測された圧力、及び温度計120により計測された温度の少なくとも一方に基づき、水素濃度演算部210により演算された水素濃度を補正する。これにより、脱気遮断弁114が開状態となる前の水素リサイクル管6内の圧力、及び温度変動の影響を低減可能となる。ここでの圧力変動は、送風部104の送風力の変動が主因である。
The
図6は、脱気遮断弁114が開状態になってからの水素リサイクル管6内の水素濃度604と圧力606との関係を示す図である。指示線600は脱気遮断弁114の開閉状態を示している。すなわち、期間602が脱気遮断弁114の閉状態の期間を示している。横軸は時間を示し、縦軸は水素濃度と圧力を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the
図6に示すように、脱気遮断弁114の閉状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管6内の水素濃度604は低下する。一方で、脱気遮断弁114を閉状態にする閉期間が長くなるに従い水素リサイクル管6内の圧力606は増加する。これから分かるように、脱気遮断弁114の閉期間が短くなるに従い、水素リサイクル管6内の水素濃度604の低下は抑制される。
As shown in FIG. 6, the
閉時間調整部214は、脱気遮断弁114が開状態になってから脱気流量が所定値以上になる脱気時間を記憶部202に記憶する。脱気時間は、水素リサイクル管6内の水素濃度が所定値に達するまでの時間である。
The closed
制御部208は、脱気時間が長くなるに従い脱気遮断弁114を閉状態にする閉期間をより短くする。図6に示すように、閉期間が短くなるに従い水素リサイクル管6内の水素濃度の低下が抑制される。このように、脱気時間が一定値になるように脱気遮断弁114を閉状態にする閉期間を制御すると、水素リサイクル管6内の水素濃度が所定値よりも低下することが抑制される。
The
以上が本実施形態に係る燃料電池システム1の構成の説明であるが、次に制御装置200の制御動作例について説明する。図7は、第2実施形態に係る制御装置200の制御動作の一例を示すフローチャートである。
The configuration of the
まず、取得部204は、脱気遮断弁114が閉状態での燃料流量計110で計測された第1流量、圧力計118により計測された圧力、及び温度計120により計測された温度を取得する(ステップS200)。
First, the
次に、制御部208は、脱気遮断弁114を開状態にする(ステップS202)。続けて、取得部204は、脱気遮断弁114が開状態での燃料流量計110で計測された第2流量を取得する(ステップS204)。
Next, the
次に、脱気流量演算部206は、燃料流量計110で計測された第1流量及び第2流量に基づき、脱気流量を演算する(ステップS206)。続けて、水素濃度演算部210は、脱気流量演算部206が演算した脱気流量の値に基づき、水素濃度に変換する(ステップS208)。
Next, the degassing flow
次に、補正演算部212は、圧力計118により計測された圧力、及び温度計120により計測された温度に基づき、水素濃度演算部210により演算された水素濃度を補正する(ステップS210)。
Next, the
次に、制御部208は、水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する(ステップS212)。水素濃度が所定値以上である場合(ステップS212のYES)、制御部208は、ステップS204からの処理を繰り返す。
Next, the
一方で、水素濃度が所定値未満である場合、(ステップS212のNO)、制御部208は、脱気遮断弁114を遮断し(ステップS214)、全体処理を終了する。
On the other hand, if the hydrogen concentration is less than the predetermined value (NO in step S212), the
以上のように、本実施形態によれば、脱気流量演算部206が脱気流量に基づき演算した水素濃度を、水素リサイクル管6内の圧力、及び温度の少なくとも一方を用いて補正演算部212が補正することとした。そして、制御部208は、補正した水素濃度が所定値未満となった場合に脱気遮断弁114を閉状態にすることにした。これにより、脱気遮断弁114の閉状態における水素リサイクル管6内の圧力、及び温度変動の影響を低減した状態で水素リサイクル管6内の水素濃度の制御が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the hydrogen concentration calculated by the degassing flow
(第3実施形態)
第3実施形態係る燃料電池システム1は、水素リサイクル管6内の圧力により脱気遮断弁114の開状態の期間を制御する点で、第2実施形態に係る燃料電池発電システム1と相違する。以下では相違する点に関して説明する。
(Third Embodiment)
The
図8は、第3実施形態係る制御装置200の構成を示すブロック図である。本実施形態係る制御装置200は、水素濃度変換部216を更に有することで、第2実施形態係る制御装置200と相違する。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a
図9は、脱気遮断弁114が開状態になってからの水素リサイクル管6内の水素濃度904と圧力906との関係を示す図である。指示線900は脱気遮断弁114の開閉状態を示している。すなわち、期間902が燃料遮断弁106の開状態の期間を示している。横軸は時間を示し、縦軸は水素濃度と圧力を示している。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the
図9に示すように、脱気遮断弁114の開状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管6内の水素濃度904は増加する。一方で、開状態の時間が長くなるに従い水素リサイクル管6内の圧力906は低下する。これから分かるように、水素リサイクル管6内の圧力906に基づき、水素リサイクル管6内の水素濃度904を取得することが可能である。
As shown in FIG. 9, the
記憶部202は、例えば図9に示す特性に基づき生成された、水素リサイクル管6内の圧力906を水素リサイクル管6内の水素濃度904に変換する変換テーブルを記憶している。すなわち、変換テーブルは、圧力906の値が低下するに従い水素濃度904の値が増加するように変換するテーブルである。
The
水素濃度変換部216は、取得部204が取得した水素リサイクル管6内の圧力を記憶部202に記憶される変換テーブルに基づき、水素濃度に変換する。制御部208は、水素濃度変換部216により変換された水素濃度に基づき、脱気遮断弁114の開状態の時間を制御する。
The hydrogen
また、制御部208は、水素リサイクル管6内の圧力906の変化速度が所定値定以下になると、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。或いは、制御部208は、水素リサイクル管6内の圧力906が所定値定以下になると、脱気管8からの脱気を遮断する制御を行ってもよい。
Further, the
以上が本実施形態に係る燃料電池システム1の構成の説明であるが、次に制御装置200の制御動作例について説明する。図10は、第3実施形態に係る制御装置200の制御動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、脱気遮断弁114を開けて、脱気を開始した時点からの制御例を説明する。
The configuration of the
まず、取得部204は、圧力計118により計測された圧力を取得する(ステップS1002)。
First, the
次に、水素濃度変換部216は、圧力計118により計測された圧力を水素濃度に変換する(ステップS1004)。
Next, the
次に、制御部208は、水素濃度が所定値以上であるか否かを判定する(ステップS1006)。水素濃度が所定値以上である場合(ステップS1006のYES)、制御部208は、ステップS1002からの処理を繰り返す。
Next, the
一方で、水素濃度が所定値未満である場合、(ステップS1006のNO)、制御部208は、脱気遮断弁114を閉じ(ステップS210)、全体処理を終了する。
On the other hand, if the hydrogen concentration is less than the predetermined value (NO in step S1006), the
以上のように、本実施形態によれば、水素濃度変換部216が水素リサイクル管6内の圧力を水素濃度に変換する。そして、制御部208は、補正した水素濃度が所定値未満となった場合に脱気遮断弁114を閉状態することにした。これにより、水素を余分に脱気管8から脱気したり、水素濃度が低い状態で脱気を遮断したりすることが抑制される。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
As described above, according to this embodiment, the
Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1:燃料電池発電システム、2:水素ガス供給管、6:水素リサイクル管、8:脱気管、100:燃料電池、200:制御装置、204:取得部、208:制御部。 1: Fuel cell power generation system, 2: Hydrogen gas supply pipe, 6: Hydrogen recycling pipe, 8: Degassing pipe, 100: Fuel cell, 200: Control device, 204: Acquisition unit, 208: Control unit.
Claims (14)
前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第1流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第2流量と、の流量差を前記脱気流量に関する情報として取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記流量差の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う制御部と、
を備える、制御装置。 A control device for controlling the degassing flow rate of a degassing pipe branching from a hydrogen recycling pipe that recirculates the anode off-gas of a fuel cell that receives raw fuel supplied through a hydrogen gas supply pipe, mixes it with the raw fuel and reuses it. There is
A first flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe is blocked, and a second flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe continues and an acquisition unit that acquires the flow rate difference between as information on the degassing flow rate,
a control unit that performs control to block degassing from the degassing pipe in accordance with a change in the flow rate difference based on the information;
A controller.
前記制御部は、前記脱気管からの脱気を開始して、前記脱気流量が前記閾値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項1に記載の制御装置。 A threshold value of the deaeration flow rate corresponding to a predetermined hydrogen concentration in the hydrogen recycling pipe is set,
2. The control device according to claim 1, wherein said control unit starts degassing from said degassing pipe and, when said degassing flow rate reaches said threshold value, performs control to cut off degassing from said degassing pipe. .
前記制御部は、前記流量が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項1に記載の制御装置。 The acquisition unit acquires a flow rate in the hydrogen gas supply pipe while degassing from the degassing pipe continues,
2. The control device according to claim 1, wherein said control unit performs control to block degassing from said degassing pipe when said flow rate reaches a predetermined value.
前記脱気流量に関する情報を取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記脱気流量の変化に応じて前記脱気流量を調整する制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記脱気流量の変化速度が所定値に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、制御装置。 A control device for recirculating the anode off-gas of a fuel cell and controlling the degassing flow rate of a degassing pipe branching from a hydrogen recycling pipe for reuse by mixing with the raw fuel,
an acquisition unit that acquires information about the degassing flow rate;
a control unit that performs control to adjust the degassing flow rate according to changes in the degassing flow rate based on the information;
with
The control device, wherein the control unit performs control to cut off degassing from the degassing pipe when a rate of change in the degassing flow rate reaches a predetermined value.
前記制御部は、前記脱気時間に基づき、前記脱気を遮断する脱気遮断弁の閉状態である閉期間を制御する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の制御装置。 further comprising a storage unit that stores a degassing time from when degassing from the degassing pipe is started until degassing is interrupted;
The control device according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit controls a closed period, which is a closed state of a degassing cutoff valve that blocks the degassing, based on the degassing time.
前記制御部は、前記脱気圧力が所定に達すると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の制御装置。 The acquisition unit acquires the degassing pressure in the hydrogen recycling pipe while the degassing from the degassing pipe continues,
10. The control device according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit performs control to block degassing from the degassing pipe when the degassing pressure reaches a predetermined value.
前記制御部は、前記脱気圧力の変化速度が所定値定以下になると、前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の制御装置。 The acquisition unit acquires the degassing pressure in the hydrogen recycling pipe while the degassing from the degassing pipe continues,
10. The control device according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit performs control to cut off degassing from the degassing pipe when the rate of change of the degassing pressure becomes equal to or less than a predetermined value.
前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第1流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第2流量と、の流量差を前記脱気流量に関する情報として取得する取得工程と、
前記情報に基づき、前記流量差の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御工程と、
を備える、制御方法。 A fuel cell power generation system that recirculates the anode off-gas of the fuel cell that receives the raw fuel supply through the hydrogen gas supply pipe, mixes it with the raw fuel and reuses it. A control method of
A first flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe is blocked, and a second flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe continues and an acquisition step of acquiring the flow rate difference between as information on the degassing flow rate;
a control step of blocking degassing from the degassing pipe according to a change in the flow rate difference based on the information;
A control method comprising:
前記燃料電池のアノードオフガスを再循環させ、原燃料と混ぜて再利用する水素リサイクル管と、
前記水素リサイクル管から分岐する脱気管と、
前記脱気管からの脱気流量を調整する制御を行う制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記脱気管からの脱気が遮断されている状態での前記水素ガス供給管内の第1流量と、前記脱気管からの脱気が継続している状態での前記水素ガス供給管内の第2流量と、の流量差を前記脱気流量に関する情報として取得する取得部と、
前記情報に基づき、前記流量差の変化に応じて前記脱気管からの脱気を遮断する制御を行う制御部と、
を有する、燃料電池システム。 a fuel cell that receives raw fuel supply through a hydrogen gas supply pipe ;
a hydrogen recycling pipe that recirculates the anode off-gas of the fuel cell and mixes it with the raw fuel for reuse;
a degassing pipe branching from the hydrogen recycling pipe;
A fuel cell system comprising a control device for controlling the flow rate of degassing from the degassing pipe,
The control device is
A first flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe is blocked, and a second flow rate in the hydrogen gas supply pipe when degassing from the degassing pipe continues and an acquisition unit that acquires the flow rate difference between as information on the degassing flow rate,
a control unit that performs control to block degassing from the degassing pipe in accordance with a change in the flow rate difference based on the information;
A fuel cell system.
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