JPH0227669A - 燃料電池の燃料改質装置 - Google Patents
燃料電池の燃料改質装置Info
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- JPH0227669A JPH0227669A JP63176413A JP17641388A JPH0227669A JP H0227669 A JPH0227669 A JP H0227669A JP 63176413 A JP63176413 A JP 63176413A JP 17641388 A JP17641388 A JP 17641388A JP H0227669 A JPH0227669 A JP H0227669A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はメタノールを原燃料とする燃料電池の燃料改
質装置、ことにその負荷変動の応答性の改善に関する。
質装置、ことにその負荷変動の応答性の改善に関する。
小型燃料電池発電システムにおいては、燃料電池へ供給
する燃料ガスの水素源として天然ガスの改質に比べて改
質反応温度が大幅に低く、かつ改質工程も簡易で済むメ
タノールを改質原料としたメタノール改質器が注目され
ている。メタノールを水蒸気で改質する改質反応温度は
200〜300℃程度が適温であシ、かつその反応は吸
熱反応によ勺進行する。
する燃料ガスの水素源として天然ガスの改質に比べて改
質反応温度が大幅に低く、かつ改質工程も簡易で済むメ
タノールを改質原料としたメタノール改質器が注目され
ている。メタノールを水蒸気で改質する改質反応温度は
200〜300℃程度が適温であシ、かつその反応は吸
熱反応によ勺進行する。
燃料電池の燃料として使用される水素は、メタノールと
水蒸気とからなる原料ガスを所定の温度に保持され九改
質触媒に通流させて水素に富んだガスに改質した燃料ガ
スが使用されている。この為、燃料電池発電システムに
は燃料改質装置が組み込まれている。ここで第3図によ
り従来におけるこの樵の燃料電池システムを説明する。
水蒸気とからなる原料ガスを所定の温度に保持され九改
質触媒に通流させて水素に富んだガスに改質した燃料ガ
スが使用されている。この為、燃料電池発電システムに
は燃料改質装置が組み込まれている。ここで第3図によ
り従来におけるこの樵の燃料電池システムを説明する。
図において1は燃料電池、2はアルコール等の液体燃料
を収容した燃料タンクであシ、この燃料タンク2と燃料
を池1との間の燃料供給系路内には燃料改質装置6が設
置されている。この燃料改質装置3はバーナ4′fr装
備した炉容器の燃焼室内に液体燃料2A全ガス化する気
化器6と、気化原料を触媒との接触反応によシ水素リッ
チな燃料ガス7AK改員する改質器7とを内蔵しており
、燃料電池1から排出されるオフガス4Aを配管内を通
してバーナ4に供給して炉内で燃焼させ、この熱によシ
液体燃料2人の気化、およびガス改質を行う。なお8は
液体燃料の供給ポンプ、9は燃料電池へ酸化剤反応ガス
としての空気を供給するプロア、10は燃料電池冷却用
の空気を送気するプロア、5はバーナ4へ燃焼用空気を
送気するプロア、14は起動時に補助燃料として燃焼さ
せるメタノール15Aを送液するポンプ、15はその補
助燃料としてのメタノール用のタンクである。
を収容した燃料タンクであシ、この燃料タンク2と燃料
を池1との間の燃料供給系路内には燃料改質装置6が設
置されている。この燃料改質装置3はバーナ4′fr装
備した炉容器の燃焼室内に液体燃料2A全ガス化する気
化器6と、気化原料を触媒との接触反応によシ水素リッ
チな燃料ガス7AK改員する改質器7とを内蔵しており
、燃料電池1から排出されるオフガス4Aを配管内を通
してバーナ4に供給して炉内で燃焼させ、この熱によシ
液体燃料2人の気化、およびガス改質を行う。なお8は
液体燃料の供給ポンプ、9は燃料電池へ酸化剤反応ガス
としての空気を供給するプロア、10は燃料電池冷却用
の空気を送気するプロア、5はバーナ4へ燃焼用空気を
送気するプロア、14は起動時に補助燃料として燃焼さ
せるメタノール15Aを送液するポンプ、15はその補
助燃料としてのメタノール用のタンクである。
上述のように構成された装置において、液体燃料2人の
気化熱および吸熱反応である水蒸気改質反応に必要な熱
量は、バーナ4にオフガス等の燃料と、この燃料の燃焼
に必要な空燃比の燃焼空気とが供給されて燃焼すること
により生成される。
気化熱および吸熱反応である水蒸気改質反応に必要な熱
量は、バーナ4にオフガス等の燃料と、この燃料の燃焼
に必要な空燃比の燃焼空気とが供給されて燃焼すること
により生成される。
バーナに供給する燃料は効率向上のため燃料電池から排
出される未反応水素を含む改質ガス(オフガス)4Aが
使用される。
出される未反応水素を含む改質ガス(オフガス)4Aが
使用される。
燃料電池においては、燃料電池からのオフガス量および
その水素濃度は燃料電池の負荷変動によって大幅に変動
する。第4図は従来装置の負荷急増時における制御状態
を示す特性線図であり、例えば、時刻11 で燃料電
池1の負荷電施工が曲線101に示すように急増した場
合、これに比例して液体燃料2At曲線102のように
増加する制御が行われる。しかし、液体燃料2人の供給
増によって改質器温度Tが曲線104のように低下する
こと、改質時間遅れとによって燃料ガス7Aの発生量に
は曲線105で示すような時間遅れがあシ、この時間遅
れの期間中燃料電池が多くの水素を消費するためにバー
ナ4に供給すべきオフガス4Aの量が曲5106のよう
に低下する。その結果バーナ4の発熱量の減少とこれに
基づく改質器温度Tの低下という悪循環を生じ、曲線1
01に示すように電池の負荷電施工が時刻1.時点から
低下して負荷の増大に追いつけないという事態が発生す
る。
その水素濃度は燃料電池の負荷変動によって大幅に変動
する。第4図は従来装置の負荷急増時における制御状態
を示す特性線図であり、例えば、時刻11 で燃料電
池1の負荷電施工が曲線101に示すように急増した場
合、これに比例して液体燃料2At曲線102のように
増加する制御が行われる。しかし、液体燃料2人の供給
増によって改質器温度Tが曲線104のように低下する
こと、改質時間遅れとによって燃料ガス7Aの発生量に
は曲線105で示すような時間遅れがあシ、この時間遅
れの期間中燃料電池が多くの水素を消費するためにバー
ナ4に供給すべきオフガス4Aの量が曲5106のよう
に低下する。その結果バーナ4の発熱量の減少とこれに
基づく改質器温度Tの低下という悪循環を生じ、曲線1
01に示すように電池の負荷電施工が時刻1.時点から
低下して負荷の増大に追いつけないという事態が発生す
る。
従来装置においてはこのような事態を防ぐためにバーナ
4内に補助燃焼バーナが設けられているが、この補助燃
焼バーナの燃焼タイミングの制御が十分解明されていな
いのが実情であり、その改善が求められている。
4内に補助燃焼バーナが設けられているが、この補助燃
焼バーナの燃焼タイミングの制御が十分解明されていな
いのが実情であり、その改善が求められている。
この発明は、上記に述べた問題点である燃料電池の負荷
変動に対する改質装置の応答速度を改善し、かつ燃料電
池発電システムを安定に動作させるようにしたメタノー
ル改質装置を得ることを目的とする。
変動に対する改質装置の応答速度を改善し、かつ燃料電
池発電システムを安定に動作させるようにしたメタノー
ル改質装置を得ることを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明によれくメタノー
ルおよび水からなる液体原料を気化、改質し水素リッチ
な燃料ガスとして燃料電池に供給する改質器が前記燃料
電池からのオフガスを燃焼させて前記改質器の熱源とす
るバーナ、および補助燃料としてのメタノールを直接燃
焼させる補助燃焼バーナを有するものにおいて、前記燃
料電池の出力電流の検出器、およびこの検出器の出力信
号に基づいて前記液体燃料の供給量を算出し指令信号を
発する液体燃料演算部と、この液体燃料演算部の算出結
果に基づき前記補助燃料の供給tを算出するとともに、
前記オフガスの流量検出器の出力信号が所定のレベルを
下廻ったとき補助燃料の供給t−開始し、所定のレベル
を上廻つたとき供給を停止する制御信号を発する補助燃
料演算部とを備えてなるものとする。
ルおよび水からなる液体原料を気化、改質し水素リッチ
な燃料ガスとして燃料電池に供給する改質器が前記燃料
電池からのオフガスを燃焼させて前記改質器の熱源とす
るバーナ、および補助燃料としてのメタノールを直接燃
焼させる補助燃焼バーナを有するものにおいて、前記燃
料電池の出力電流の検出器、およびこの検出器の出力信
号に基づいて前記液体燃料の供給量を算出し指令信号を
発する液体燃料演算部と、この液体燃料演算部の算出結
果に基づき前記補助燃料の供給tを算出するとともに、
前記オフガスの流量検出器の出力信号が所定のレベルを
下廻ったとき補助燃料の供給t−開始し、所定のレベル
を上廻つたとき供給を停止する制御信号を発する補助燃
料演算部とを備えてなるものとする。
上記手段において、燃料電池の出力電流を検出器で検出
してこれに必要な液体燃料の供給量を液体燃料算出部で
算出し気化器への供給量を制御するとともに、この液体
燃料を気化、改質するに必要なバーナの発熱量を補助燃
料演算部で補助燃料の供給量として求め、オフガス流量
検出器の検出流量が所定値を下廻ったとき補助燃料の供
給を開始し、上廻ったとき供給を停止する制御信号全補
助燃料演算部が出力するよう構成したことにより、出力
電流の増加と同時に液体燃料が増加供給されるとともに
、出力電流の増加に伴なって生ずるオフガス流量の減少
を検知して液体燃料の増加に見合う量の補助燃料が直ち
に供給されることにより、バーナの燃焼熱および改質器
温度の低下が阻止され、したがって出力電流の増加に対
応する燃料ガスが燃料電池に供給されるので燃料電池の
負荷応答性が改善される。
してこれに必要な液体燃料の供給量を液体燃料算出部で
算出し気化器への供給量を制御するとともに、この液体
燃料を気化、改質するに必要なバーナの発熱量を補助燃
料演算部で補助燃料の供給量として求め、オフガス流量
検出器の検出流量が所定値を下廻ったとき補助燃料の供
給を開始し、上廻ったとき供給を停止する制御信号全補
助燃料演算部が出力するよう構成したことにより、出力
電流の増加と同時に液体燃料が増加供給されるとともに
、出力電流の増加に伴なって生ずるオフガス流量の減少
を検知して液体燃料の増加に見合う量の補助燃料が直ち
に供給されることにより、バーナの燃焼熱および改質器
温度の低下が阻止され、したがって出力電流の増加に対
応する燃料ガスが燃料電池に供給されるので燃料電池の
負荷応答性が改善される。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第1図はこの発明の実施例装置を示す構成図、第2図は
実施例装置における負荷急増時の制御状態を示す特性線
図であり、従来装置と同じ構成部分には同一参照符号を
用いることにより詳細な説明全省略する。図において、
12は燃料電池1の出力回路側に設けられた電流検出器
、16は電流検出器12の出力信号128に基づいて液
体燃料2人の供給量を演算し指令信号13Cを発する液
体燃料演算部でち9、この指令信号13Cにより液体燃
料タンク側に配されたポンプ8が駆動さへ気化器6に送
られる液体燃料2人の流量が燃料電池1の出力電流工に
対応して制御される。一方16は燃料電池からのオフガ
ス4Aの流量を検出する流量検出器であり、この出力信
号16Sが補助燃料演算部17へ入力され、流量検出器
16の出力信号16Sが燃料電池1の負荷増加によって
所定の値を下廻るとき補助燃料15Aの供給を開始させ
、この値を超えたときに補助燃料15Aの供給を停止す
る制御信号17Ct−補助燃料ポンプ14の駆動回路に
向けて出力する。また、補助燃料演算部17には液体燃
料演算部16から液体燃料2人の供給量の演算値138
が入力されており、補助燃料演算部17ではこの信号に
基づいて液体燃料2人を気化し改質するに必要なバーナ
4の発熱量が求められ、この値に見合う補助燃料の流量
に改質率より得られる係数を掛けた値を補助燃料15A
の供給量とする制御信号17Cが出力される。
実施例装置における負荷急増時の制御状態を示す特性線
図であり、従来装置と同じ構成部分には同一参照符号を
用いることにより詳細な説明全省略する。図において、
12は燃料電池1の出力回路側に設けられた電流検出器
、16は電流検出器12の出力信号128に基づいて液
体燃料2人の供給量を演算し指令信号13Cを発する液
体燃料演算部でち9、この指令信号13Cにより液体燃
料タンク側に配されたポンプ8が駆動さへ気化器6に送
られる液体燃料2人の流量が燃料電池1の出力電流工に
対応して制御される。一方16は燃料電池からのオフガ
ス4Aの流量を検出する流量検出器であり、この出力信
号16Sが補助燃料演算部17へ入力され、流量検出器
16の出力信号16Sが燃料電池1の負荷増加によって
所定の値を下廻るとき補助燃料15Aの供給を開始させ
、この値を超えたときに補助燃料15Aの供給を停止す
る制御信号17Ct−補助燃料ポンプ14の駆動回路に
向けて出力する。また、補助燃料演算部17には液体燃
料演算部16から液体燃料2人の供給量の演算値138
が入力されており、補助燃料演算部17ではこの信号に
基づいて液体燃料2人を気化し改質するに必要なバーナ
4の発熱量が求められ、この値に見合う補助燃料の流量
に改質率より得られる係数を掛けた値を補助燃料15A
の供給量とする制御信号17Cが出力される。
上述のように構成された実施例装置における制御状態は
第2図に示すように、時刻11 で燃料電池1の出力電
流工が曲、!i!201のように急増した場合、この電
流工の増力口は電流検出器12で直ちに検出され、液体
燃料演算部13がこの電流増加に見合う液体燃料2Aの
供給t’を時々刻々算出して指令信号13C4−出力す
ることによって曲線202に示すように液体燃料2Aの
供給量が増加する。−万、出力電流工の急増によってオ
フガス4Aの槍は曲、銀203のように一時的に低下す
るが、この低下はオフガス流量検出器16によって直ち
に検出され、補助燃料演算部17がこれを検知して曲線
207に示すように液体燃料演算部15からの信号13
8に基づいて求めた量の補助燃料15Aの供給を開始す
るので、バーナ4に設けられた補助燃料バーナが点火さ
れ、補助燃料15Aの燃焼熱が発生する。したがって、
改質装置3の炉内温度が上昇し、炉内の気化器6および
改質器(改質触媒管とも呼ぶ)7の温度Tは曲線204
に示すようにその低下が阻止されるので、燃料ガス7A
の発生量は曲線205に示すように液体燃料2人の増加
に比例して増加しこれに基づいて燃料電池の負荷応答性
が改善される。その結果、オフガス4Aの量の低下は曲
線203のように回復してバーナ4に供給されるので、
燃料電池の出力電流工は時刻t、から1. にかけて
急速に上昇し、負荷からの電流増加要求に相応する電流
値に到達した時刻1.で液体燃料2Aの供給量も安定し
、これに基づいてオフガス量も所定レベルに到達して安
定するので、これを検知した補助燃料演算部17が制御
信号17Cの出力を停止することにより燃料電池1はそ
の負荷応答性が著しく改善されるとともに、安定した発
電運転が持続される。
第2図に示すように、時刻11 で燃料電池1の出力電
流工が曲、!i!201のように急増した場合、この電
流工の増力口は電流検出器12で直ちに検出され、液体
燃料演算部13がこの電流増加に見合う液体燃料2Aの
供給t’を時々刻々算出して指令信号13C4−出力す
ることによって曲線202に示すように液体燃料2Aの
供給量が増加する。−万、出力電流工の急増によってオ
フガス4Aの槍は曲、銀203のように一時的に低下す
るが、この低下はオフガス流量検出器16によって直ち
に検出され、補助燃料演算部17がこれを検知して曲線
207に示すように液体燃料演算部15からの信号13
8に基づいて求めた量の補助燃料15Aの供給を開始す
るので、バーナ4に設けられた補助燃料バーナが点火さ
れ、補助燃料15Aの燃焼熱が発生する。したがって、
改質装置3の炉内温度が上昇し、炉内の気化器6および
改質器(改質触媒管とも呼ぶ)7の温度Tは曲線204
に示すようにその低下が阻止されるので、燃料ガス7A
の発生量は曲線205に示すように液体燃料2人の増加
に比例して増加しこれに基づいて燃料電池の負荷応答性
が改善される。その結果、オフガス4Aの量の低下は曲
線203のように回復してバーナ4に供給されるので、
燃料電池の出力電流工は時刻t、から1. にかけて
急速に上昇し、負荷からの電流増加要求に相応する電流
値に到達した時刻1.で液体燃料2Aの供給量も安定し
、これに基づいてオフガス量も所定レベルに到達して安
定するので、これを検知した補助燃料演算部17が制御
信号17Cの出力を停止することにより燃料電池1はそ
の負荷応答性が著しく改善されるとともに、安定した発
電運転が持続される。
この発明は前述のように、出力電流検出器および液体燃
料演算部により負荷変動に対応した液体燃料の供給量を
演算かつ制御し、これに対応した補助燃料の供給量を補
助燃料演算部で求め、負荷急増によるオフガス流量の低
下全オフガス流量検出器で検出して補助燃料演算部から
制御信号を出力するよう構成した。その結果、補助燃料
の燃焼熱によって改質器温度の低下が阻止されて従来装
置で問題となっ九燃料ガスの増加遅れが排除されるので
、燃料電池の負荷応答性が著しく改善されるとともに、
これに伴なってオフガス量の低下が早期に回復して安定
運転が可能となるので、負荷応答性および安定運転信頼
度の高い燃料電池およびその燃料改質装置を提供するこ
とができる。
料演算部により負荷変動に対応した液体燃料の供給量を
演算かつ制御し、これに対応した補助燃料の供給量を補
助燃料演算部で求め、負荷急増によるオフガス流量の低
下全オフガス流量検出器で検出して補助燃料演算部から
制御信号を出力するよう構成した。その結果、補助燃料
の燃焼熱によって改質器温度の低下が阻止されて従来装
置で問題となっ九燃料ガスの増加遅れが排除されるので
、燃料電池の負荷応答性が著しく改善されるとともに、
これに伴なってオフガス量の低下が早期に回復して安定
運転が可能となるので、負荷応答性および安定運転信頼
度の高い燃料電池およびその燃料改質装置を提供するこ
とができる。
第1図はこの発明の実施例装置を示す構成図、第2図は
実施例装置の負荷急増時の制御状態を示す特性線図、第
3図は従来装置を示す構成図、第4図は従来装置におけ
る制御特性線図である。 1・・・燃料電池、2・・・液体燃料タンク、3・・・
燃料改質装置、4・・・バーナ(補助燃焼バーナを含む
入6・・・気化器、7・・・改質器(改質触媒管)、8
,14・・・ポンプ、12・・・出力電流検出器、13
・・・液体燃料演算部、16・・・オフガス流量検出器
、17・・・補助燃料演算部、2A・・・液体燃料、7
A・・・燃料ガス(改質ガス)、4A・・・オフガス、
15A・・・補助燃料。 宵 1の 萬Z1211 笥4関
実施例装置の負荷急増時の制御状態を示す特性線図、第
3図は従来装置を示す構成図、第4図は従来装置におけ
る制御特性線図である。 1・・・燃料電池、2・・・液体燃料タンク、3・・・
燃料改質装置、4・・・バーナ(補助燃焼バーナを含む
入6・・・気化器、7・・・改質器(改質触媒管)、8
,14・・・ポンプ、12・・・出力電流検出器、13
・・・液体燃料演算部、16・・・オフガス流量検出器
、17・・・補助燃料演算部、2A・・・液体燃料、7
A・・・燃料ガス(改質ガス)、4A・・・オフガス、
15A・・・補助燃料。 宵 1の 萬Z1211 笥4関
Claims (1)
- 1)メタノールおよび水からなる液体原料を気化、改質
し水素リッチな燃料ガスとして燃料電池に供給する改質
器が前記燃料電池からのオフガスを燃焼させて前記改質
器の熱源とするバーナ、および補助燃料としてのメタノ
ールを直接燃焼させる補助燃焼バーナを有するものにお
いて、前記燃料電池の出力電流の検出器、およびこの検
出器の出力信号に基づいて前記液体燃料の供給量を算出
し指令信号を発する液体燃料演算部と、この液体燃料演
算部の算出結果に基づいて前記補助燃料の供給量を算出
するとともに、前記オフガスの流量検出器の出力信号が
所定のレベルを下廻ったとき補助燃料の供給を開始し、
所定のレベルを上廻ったとき供給を停止する制御信号を
発する補助燃料演算部とを備えてなることを特徴とする
燃料電池の燃料改質装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63176413A JPH0227669A (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 燃料電池の燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63176413A JPH0227669A (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 燃料電池の燃料改質装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0227669A true JPH0227669A (ja) | 1990-01-30 |
Family
ID=16013251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63176413A Pending JPH0227669A (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 燃料電池の燃料改質装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0227669A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0922713A (ja) * | 1995-07-06 | 1997-01-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池発電システム |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57212779A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-27 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Fuel controlling method in fuel cell power generating system |
JPS57212776A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-27 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Fuel control in fuel cell power generating system |
JPS6180767A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-24 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラントの燃料供給システム |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP63176413A patent/JPH0227669A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57212779A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-27 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Fuel controlling method in fuel cell power generating system |
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