JPH03266367A - Fuel system control unit of fuel cell system - Google Patents
Fuel system control unit of fuel cell systemInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、急激な負荷上昇に対応して安定した電力を供
給できるようにした燃料電池システムの燃料系統制御装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a fuel system control device for a fuel cell system that is capable of supplying stable power in response to sudden increases in load.
（従来の技術）
燃料電池システムに組み込まれる燃料系統は、図示しな
い燃料（天然ガス）供給源と燃料電池１を結ぶものであ
り、この燃料系統は、燃料予熱器２、脱硫塔３、改質器
入口予熱器４、改質器５、高温−酸化炭素変成器６、低
温−酸化炭素変成器７、蒸気過熱器８、燃料冷却器９を
順に接続して構成されている。上記燃料予熱器２の上流
側と燃料冷却器９の下流側を結ぶ燃料リサイクルライン
１０には燃料リサイクルコンプレッサ１１が設けられ、
また蒸気分離器１２と脱硫塔３と改質器入口予熱器４の
間を蒸気ライン１３で結び、蒸気分離器１２の蒸気が蒸
気流量調節弁１３ａを介して燃料系統を流れる燃料ガス
に混入するようにしている。(Prior Art) A fuel system built into a fuel cell system connects a fuel (natural gas) supply source (not shown) to the fuel cell 1, and this fuel system includes a fuel preheater 2, a desulfurization tower 3, and a reformer. It is constructed by sequentially connecting a vessel inlet preheater 4, a reformer 5, a high temperature-carbon oxide shift converter 6, a low temperature-carbon oxide shift converter 7, a steam superheater 8, and a fuel cooler 9. A fuel recycle compressor 11 is provided in a fuel recycle line 10 connecting the upstream side of the fuel preheater 2 and the downstream side of the fuel cooler 9,
Also, a steam line 13 connects the steam separator 12, desulfurization tower 3, and reformer inlet preheater 4, and the steam from the steam separator 12 mixes into the fuel gas flowing through the fuel system via the steam flow rate control valve 13a. That's what I do.
しかして燃料（天然ガス）供給源から燃料流量調節弁３
２を介して燃料系統に送られる天然ガスは、燃料リサイ
クルライン１１より流入する水素ガス濃度の高い燃料ガ
スとともに、燃料予熱器２に導かれ、ここで昇温され、
ここから脱硫塔３に導かれ、ここで天然ガスに含まれる
硫黄成分を除かれ、脱硫塔３からでる燃料ガスは、蒸気
分離器１３からの蒸気と混合され、改質器入口予熱器４
を介して改質器５に送られ、改質器５に送られた燃料ガ
スは、この改質器５において改質器バーナにより加熱さ
れ、化学反応により、水素ガスを多量に含んだ燃料ガス
に改質される。この化学反応に伴って発生する二酸化炭
素および少量の一酸化炭素は燃料ガスに混入し、燃料ガ
スとともに高温−酸化炭素変成器６に送られ、ここで−
酸化炭素を二酸化炭素に変成し、ついて残った一酸化炭
素を低温−酸化炭素変成器入口冷却器１４を介して低温
−酸化炭素変成器７に送り、ここで残りの一酸化炭素を
二酸化炭素に変成する。低温−酸化炭素変成器７からで
る水素ガスを主とする燃料ガスは、蒸気過熱器８を介し
て燃料冷却器９に導かれ、ここで燃料ガスに混入してい
る蒸気か取り除かれ、改質ガス流量調節弁１５を介して
燃料電池１に送り込まれ、この燃料電池１において、燃
料ガス中の水素を消費し電気を発する。Therefore, from the fuel (natural gas) supply source to the fuel flow control valve 3
The natural gas sent to the fuel system via the fuel recycle line 11 is guided to the fuel preheater 2 together with the fuel gas having a high hydrogen gas concentration flowing in from the fuel recycle line 11, where it is heated.
From here, the fuel gas is led to the desulfurization tower 3, where the sulfur components contained in the natural gas are removed, and the fuel gas coming out of the desulfurization tower 3 is mixed with steam from the steam separator 13, and the fuel gas is mixed with the steam from the steam separator 13.
The fuel gas sent to the reformer 5 is heated by a reformer burner in the reformer 5, and is converted into fuel gas containing a large amount of hydrogen gas through a chemical reaction. It is reformed into. Carbon dioxide and a small amount of carbon monoxide generated as a result of this chemical reaction are mixed into the fuel gas and sent together with the fuel gas to the high temperature carbon oxide converter 6, where -
The carbon oxide is converted into carbon dioxide, and the remaining carbon monoxide is sent to the low temperature carbon oxide shift converter 7 via the low temperature carbon oxide converter inlet cooler 14, where the remaining carbon monoxide is converted into carbon dioxide. Transmute. The fuel gas, mainly hydrogen gas, coming out of the low-temperature carbon oxide shift converter 7 is led to the fuel cooler 9 via the steam superheater 8, where the steam mixed in the fuel gas is removed and reformed. The gas is fed into the fuel cell 1 via the gas flow control valve 15, where the hydrogen in the fuel gas is consumed and electricity is generated.
一方燃料電池］から排出される燃料排ガスには、未消費
の水素か含まれているので、この水素を有効利用するた
めに、燃料電池１の燃料排ガス側１６と燃料ガスの入り
口側１７とをアノードリサイクル系統１８て結び、この
アノードリサイクル系統１８に設けたアノードリサイク
ルコンプレッサ１９で燃料排ガスの一部を燃料電池１に
戻すようにしている。また燃料排ガスの残りは改質器５
に戻され、改質器５のバーナ燃料として使用され、天然
ガスを水素ガスに改質する際の熱源となる。On the other hand, since the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell contains unconsumed hydrogen, in order to effectively utilize this hydrogen, the fuel exhaust gas side 16 and the fuel gas inlet side 17 of the fuel cell 1 are connected. An anode recycle compressor 19 provided in the anode recycle system 18 returns part of the fuel exhaust gas to the fuel cell 1. In addition, the remainder of the fuel exhaust gas is transferred to the reformer 5.
The gas is returned to the gas and used as burner fuel for the reformer 5, and serves as a heat source when reforming natural gas into hydrogen gas.
また燃料電池１において燃焼された燃料排ガスは、改質
器バーナ空気予熱器２０を介して補助バーナ２１に送ら
れ、ここから低圧ターボコンプレッサ２２と高圧ターボ
コンプレッサ２３を有するターボコンプレッサ装置２４
に送られる。ターボコンプレッサ装置２４は、燃料電池
１に酸素を供給するとともに、補助バーナ２１や改質器
５のバナに燃焼用空気を供給する空気系統を構成してい
る。Further, the fuel exhaust gas combusted in the fuel cell 1 is sent to an auxiliary burner 21 via a reformer burner air preheater 20, and from there a turbo compressor device 24 having a low pressure turbo compressor 22 and a high pressure turbo compressor 23.
sent to. The turbo compressor device 24 configures an air system that supplies oxygen to the fuel cell 1 and also supplies combustion air to the auxiliary burner 21 and the burner of the reformer 5.
上記空気系統は、燃焼用空気の一部をバイパス空気流量
調節弁２５に送ることで燃料電池システムの差圧をある
一定値に保つようにするとともに、空気流量調節弁２６
を介して燃料電池１に酸素を供給する。また空気系統を
流れる空気の一部は、空気流量調節弁２６の上流側で分
岐され、改質器バーナ空気流量調節弁２７を介して改質
器バーナに燃焼用空気として供給される。The air system maintains the differential pressure of the fuel cell system at a certain constant value by sending a part of the combustion air to the bypass air flow control valve 25, and also maintains the differential pressure of the fuel cell system at a certain constant value.
Oxygen is supplied to the fuel cell 1 via. Further, a part of the air flowing through the air system is branched upstream of the air flow control valve 26 and supplied to the reformer burner as combustion air via the reformer burner air flow control valve 27.
しかしながら燃料電池１に酸素を供給するために送られ
る空気の酸素がすべて燃料電池において、電気を発生す
るために消費されるものではなく、空気中に含まれる酸
素を有効利用するために、燃料電池１のカソード排気側
１６ａと空気流量調節弁２６の下流側とをカソードリサ
イクル系統２８で結び、カソード排気をカソードリサイ
クル系統２８に設けたカソード排気再熱器２９を通して
カソード排気冷却器に送り、ここで燃料電池１内で発生
した水分を取り除いき、再びカソード排気再熱器２９を
通してから、カソードリサイクルコンプレッサ３１によ
り燃料電池１に戻される。またカソード排気の一部は低
温−酸化炭素変成器人口冷却器１４を介して改質器ノ・
−す空気予熱器２０を通り、改質器バーナ空気流量調節
弁２７の下流側で改質器バーナに燃焼用空気として供給
される空気と混合される。However, all of the oxygen in the air sent to supply oxygen to the fuel cell 1 is not consumed to generate electricity in the fuel cell, but in order to effectively utilize the oxygen contained in the air, the fuel cell The cathode exhaust side 16a of No. 1 and the downstream side of the air flow control valve 26 are connected by a cathode recycling system 28, and the cathode exhaust is sent to a cathode exhaust cooler through a cathode exhaust reheater 29 provided in the cathode recycling system 28, where Moisture generated within the fuel cell 1 is removed, the gas is again passed through the cathode exhaust reheater 29, and then returned to the fuel cell 1 by the cathode recycle compressor 31. In addition, a part of the cathode exhaust gas is passed through the low-temperature carbon oxide shift converter artificial cooler 14 to the reformer.
- The air passes through the air preheater 20 and is mixed with the air supplied as combustion air to the reformer burners downstream of the reformer burner air flow control valve 27.
なお第３図において、符号４０は改質器５の改質管に設
けた温度センサ、４１は改質器５に設けた燃焼排ガス酸
素濃度センサ、４２は燃料流量センサ、４３は空気流量
センサである。In FIG. 3, reference numeral 40 is a temperature sensor provided in the reforming tube of the reformer 5, 41 is a combustion exhaust gas oxygen concentration sensor provided in the reformer 5, 42 is a fuel flow rate sensor, and 43 is an air flow rate sensor. be.
つぎに改質器バーナの燃料制御方法および改質器バーナ
の空気制御方法を説明する。Next, a fuel control method for a reformer burner and an air control method for a reformer burner will be explained.
改質器バーナの燃料を制御するには、第４図に示すよう
に、改質器の改質管上部温度を温度センサ４０て検出し
、この温度センサ４０の検出信号を温度ＰＩ演算器５０
に送り、この検出信号を予め設定した改質器の改質管上
部温度設定値と比較演算し、この温度ＰＩ演算器５０か
らてる信号を流量ＰＩ演算器５１の流量設定値とし、燃
料電池入口燃料流量を燃料流量センサ４２て検出し、こ
の燃料流量センサ４２の検出信号を流ｆｆ１ＰＩ演算器
５１に送り、この流量ＰＩ演算器５１からでる信号を、
改質ガス流量調節弁］５の制御信号として用い、これに
より改質器の改質管上部温度か一定となるようにする。To control the fuel in the reformer burner, as shown in FIG.
This detection signal is compared with the preset temperature setting value of the upper part of the reformer tube of the reformer, and the signal from the temperature PI calculator 50 is set as the flow rate setting value of the flow rate PI calculator 51, and the signal is sent to the fuel cell inlet. The fuel flow rate is detected by the fuel flow rate sensor 42, the detection signal of this fuel flow rate sensor 42 is sent to the flow ff1PI calculator 51, and the signal output from the flow rate PI calculator 51 is
This is used as a control signal for the reformed gas flow rate control valve] 5, so that the temperature at the upper part of the reforming tube of the reformer remains constant.
また改質器バーナの空気を制御するには、第５図に示す
ように、改質器の燃焼排ガス酸素濃度を燃焼排ガス酸素
濃度センサ４１て検出し、この燃焼排ガス酸素濃度セン
サ４１の検出信号を酸素ＰＩ演算器５２に送り、この検
出信号を予め設定した改質器の燃焼排ガス酸素濃度と比
較演算し、この酸素ＰＩ演算器５２からでる信号を流量
ＰＩ演算器５３の流量設定値とし、改質器バーナ空気流
量を燃料流量センサ４２て検出し、この空気流量センサ
４３の検出信号を流量ＰＩ演算器５３に送り、この流量
ＰＩ演算器５３からでる信号を、改質ガス流量調節弁２
７の制御信号として用い、これにより改質器の燃焼排ガ
ス酸素濃度が一定となるようにし、燃料電池１のカソー
ド排ガスに混合するターボコンプレッサ装置２４より送
られる空気流量を制御する。Furthermore, in order to control the air in the reformer burner, as shown in FIG. is sent to the oxygen PI calculator 52, this detection signal is compared with the preset combustion exhaust gas oxygen concentration of the reformer, and the signal output from the oxygen PI calculator 52 is set as the flow rate setting value of the flow rate PI calculator 53. The reformer burner air flow rate is detected by the fuel flow sensor 42, the detection signal of this air flow rate sensor 43 is sent to the flow rate PI calculator 53, and the signal output from the flow rate PI calculator 53 is sent to the reformed gas flow rate control valve 2.
7 is used as a control signal to keep the oxygen concentration of the combustion exhaust gas of the reformer constant and to control the flow rate of air sent from the turbo compressor device 24 to be mixed with the cathode exhaust gas of the fuel cell 1.
（発明が解決しようとする課題）
燃料電池システムににおいて、急激な負荷上昇があると
、燃料電池内において多量の水素ガス消費が生じて、燃
料電池からでる燃料排ガス中の水素濃度が低下し、水素
濃度の低い燃料排ガスが改質器バーナに送られ、このた
め改質器の改質管上部温度を一定に保つのに必要な熱量
が得られず、改質器の改質管上部温度が低下する。(Problems to be Solved by the Invention) When there is a sudden load increase in a fuel cell system, a large amount of hydrogen gas is consumed within the fuel cell, and the hydrogen concentration in the fuel exhaust gas emitted from the fuel cell decreases. Fuel exhaust gas with low hydrogen concentration is sent to the reformer burner, and therefore the amount of heat necessary to keep the temperature at the top of the reformer tube constant is not obtained, and the temperature at the top of the reformer tube increases. descend.
上記形式の燃料電池システムの燃料系統制御装置では、
改質器の改質管上部温度の低下を検出したら、燃料電池
入口の燃料流量を増加させるが、改質器の改質管上部温
度が極度に低下した場合には、改質器において改質反応
が計画とおり行われなくなり、燃料電池システムに必要
な水素量が確保できなくなり、急激な負荷上昇に対応し
て安定した電力を供給できない。In the fuel system control device of the above type of fuel cell system,
When a drop in the temperature at the top of the reformer tube is detected, the fuel flow rate at the fuel cell inlet is increased. The reaction does not occur as planned, making it impossible to secure the amount of hydrogen necessary for the fuel cell system, and making it impossible to supply stable electricity in response to a sudden increase in load.
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、燃料電池
の燃料排ガス側と燃料ガスの入り口側を結ぶアノードリ
サイクル系統に水素注入ラインを接続することで、燃料
電池システム急激な負荷上昇に対応して安定した電力を
供給できるようにした燃料電池システムの燃料系統制御
装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned points. By connecting a hydrogen injection line to the anode recycling system that connects the fuel exhaust gas side of the fuel cell and the fuel gas inlet side, the present invention can cope with sudden increases in load on the fuel cell system. An object of the present invention is to provide a fuel system control device for a fuel cell system that can supply stable electric power.
（課題を解決するための手段）
本発明の燃料電池システムの燃料系統制御装置は、燃料
電池の燃料排ガス側と燃料ガスの入り口側を結ぶアノー
ドリサイクル系統に燃料排ガス中の水素濃度を検出する
ための水素濃度センサを設けるとともに、このアノード
リサイクル系統のアノードリサイクルコンプレッサより
上流側に水素源に接続した水素注入ラインを弁装置を介
して接続して構成される。(Means for Solving the Problems) A fuel system control device for a fuel cell system of the present invention is provided for detecting hydrogen concentration in fuel exhaust gas in an anode recycling system that connects the fuel exhaust gas side of the fuel cell and the fuel gas inlet side. A hydrogen concentration sensor is provided, and a hydrogen injection line connected to a hydrogen source is connected to the upstream side of the anode recycle compressor of this anode recycle system via a valve device.
（作 用）
本発明の燃料電池システムの燃料系統制御装置において
は、改質器の改質管上部温度の低下を検出したら、燃料
電池入口の燃料流量を増加させるが、急激な負荷上昇か
あった場合には、燃料電池内において多量の水素ガス消
費が生じて、燃料電池からでる燃料排ガス中の水素濃度
が低下し、水素濃度の低い燃料排ガスが改質器バーナに
送られが、燃料排ガスの水素濃度を水素濃度センサで検
出し、燃料排ガスの水素濃度が設定値より低い場合には
、その燃料排ガスの水素濃度の低さに応じた量の水素を
水素注入ラインを介してアノードリサイクル系統に供給
し、改質器バーナに送られる燃料排ガスの水素濃度を制
御し、改質器の改質管上部温度を一定に保ち、燃料電池
システムに必要な水素量を確保し、急激な負荷上昇に対
応して安定した電力を供給できる。(Function) In the fuel system control device of the fuel cell system of the present invention, when a drop in the temperature of the upper part of the reforming tube of the reformer is detected, the fuel flow rate at the fuel cell inlet is increased. In this case, a large amount of hydrogen gas is consumed in the fuel cell, and the hydrogen concentration in the fuel exhaust gas emitted from the fuel cell decreases.The fuel exhaust gas with low hydrogen concentration is sent to the reformer burner, and the fuel exhaust gas is A hydrogen concentration sensor detects the hydrogen concentration of the fuel exhaust gas, and if the hydrogen concentration of the fuel exhaust gas is lower than the set value, an amount of hydrogen corresponding to the low hydrogen concentration of the fuel exhaust gas is sent to the anode recycling system via the hydrogen injection line. It controls the hydrogen concentration of the fuel exhaust gas sent to the reformer burner, keeps the temperature at the top of the reformer tube constant, and secures the amount of hydrogen necessary for the fuel cell system, preventing sudden load increases. It can supply stable power in response to
（実施例） 以下本発明の一実施例を図面につき説明する。(Example) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお第１図において第３図と同一部材については同一符
号を付す。In FIG. 1, the same members as in FIG. 3 are given the same reference numerals.
第１図において符号１００は燃料電池システムの燃料系
統制御装置に組み込まれる燃料排ガス水素濃度センサを
示し、この燃料排ガス水素濃度センサ１００は燃料電池
１の燃料排ガス側１６と燃料ガスの入り口側１７を結ぶ
アノードリサイクル系統１８の燃料排ガス出口に近い部
位に設けられている。またこのアノードリサイクル系統
１８のアノードリサイクルコンプレッサ１９より上流側
の部位１８ａには、水素注入調節弁１０１を介して水素
注入ライン１０２が接続されている。この水素注入ライ
ン１０２は、図示しない水素源に接続されていて、水素
源に収容された水素ガスをアノードリサイクル系統１８
に供給する。In FIG. 1, reference numeral 100 indicates a fuel exhaust gas hydrogen concentration sensor incorporated in the fuel system control device of the fuel cell system. It is provided at a location close to the fuel exhaust gas outlet of the connected anode recycling system 18. Further, a hydrogen injection line 102 is connected to a portion 18a of the anode recycle system 18 upstream of the anode recycle compressor 19 via a hydrogen injection control valve 101. This hydrogen injection line 102 is connected to a hydrogen source (not shown), and the hydrogen gas contained in the hydrogen source is transferred to the anode recycling system 18.
supply to.
上記燃料排ガス水素濃度センサ１００の検出信号は、第
２図に示すように水素ＰＩ演算器１０３および低信号モ
ニタスイッチ１０４に送られる。The detection signal of the fuel exhaust gas hydrogen concentration sensor 100 is sent to a hydrogen PI calculator 103 and a low signal monitor switch 104, as shown in FIG.
低信号モニタスイッチ１０４は燃料排ガス水素濃度が予
め定めた値より低い値となった時に信号を発する。The low signal monitor switch 104 issues a signal when the fuel exhaust gas hydrogen concentration becomes lower than a predetermined value.
一方負荷指令１０５の指令信号は、濃度関数発生器１０
６および微分器１０７に送られ、濃度関数発生器１０６
からでる負荷に対する水素濃度設定値は、上記水素ＰＩ
演算器１０３に送られ、ここで水素濃度設定値は、燃料
排ガス濃度センサ１００から送られた検出信号と比較演
算され、制御信号としてリレー１０８に送られる。また
微分器１０７からでる信号は高（４号モニタスイッチ１
０９に送られる。この高信号モニタスイッチ１０９は微
分器１０７からでる負荷変化率が予め定めた値より高い
値となった時に信号を発する。On the other hand, the command signal of the load command 105 is transmitted to the concentration function generator 10.
6 and differentiator 107, concentration function generator 106
The hydrogen concentration setting value for the load from the hydrogen PI
The hydrogen concentration setting value is sent to a computing unit 103, where the hydrogen concentration setting value is compared with the detection signal sent from the fuel exhaust gas concentration sensor 100, and is sent to the relay 108 as a control signal. Also, the signal output from the differentiator 107 is high (No. 4 monitor switch 1
Sent to 09. This high signal monitor switch 109 issues a signal when the load change rate output from the differentiator 107 reaches a value higher than a predetermined value.
上記高信号モニタスイッチ１０９および上記低信号モニ
タスイッチ１０４からでる信号はアントロジック１１０
に送られる。上記アンドロジック１１０は、高信号モニ
タスイッチ１０９の信号および低信号モニタスイッチ１
０４の信号の両方が入力されたときに、信号をノットロ
ジック１１１に送る。ノットロジック１１１は、アンド
ロジック１１０からの信号がないときに、リレー１０８
に信号を送る。上記リレー１０８は、ノットロジック１
１１からの信号を受けたときには、水素注入ライン１０
２に設けた水素注入調節弁１０１に全閉の信号を送り、
ノットロジック１１１からの信号がないときには水素Ｐ
Ｉ演算器１０３から送られた制御信号により水素注入調
節弁１０１の開度を制御する。The signals output from the high signal monitor switch 109 and the low signal monitor switch 104 are sent to the Antologic 110.
sent to. The above AND logic 110 outputs the signal of the high signal monitor switch 109 and the signal of the low signal monitor switch 1.
When both of the 04 and 04 signals are input, the signal is sent to the not logic 111. Not logic 111 activates relay 108 when there is no signal from AND logic 110.
send a signal to. The relay 108 is a knot logic 1
When the signal from 11 is received, the hydrogen injection line 10
Send a fully closed signal to the hydrogen injection control valve 101 provided at 2,
When there is no signal from Not Logic 111, hydrogen P
The opening degree of the hydrogen injection control valve 101 is controlled by the control signal sent from the I calculator 103.
つぎに燃料電池システムの燃料系統制御装置の制御方法
を説明する。Next, a method of controlling the fuel system control device of the fuel cell system will be explained.
燃料電池システムの燃料電池１に急激な負荷上昇が発生
すると、燃料電池１内において多量の水素ガス消費が生
じて、燃料電池からでる燃料排ガス中の水素濃度が低下
し、水素濃度の低い燃料排ガスが改質器バーナに送られ
ることになるか、負荷指令１０５の指令信号は、濃度関
数発生器１０６および微分器１０７に送られ、濃度関数
発生器１０６からでる負荷に対する水素濃度設定値は、
上記水素ＰＩ演算器１０３に送られ、また微分器１０７
からでる信号は高信号モニタスイッチ１０９に送られる
ようになっており、またアノードリサイクル系統１８に
設けた燃料排ガス水素濃度センサ１００は、燃料排ガス
に含まれる水素濃度の低下を検出し、この燃料排ガス水
素濃度センサ１００の検出信号は、水素ＰＩ演算器１０
３に送られる。When a sudden load increase occurs in the fuel cell 1 of the fuel cell system, a large amount of hydrogen gas is consumed within the fuel cell 1, and the hydrogen concentration in the fuel exhaust gas emitted from the fuel cell decreases, resulting in a fuel exhaust gas with a low hydrogen concentration. is sent to the reformer burner, the command signal of the load command 105 is sent to the concentration function generator 106 and the differentiator 107, and the hydrogen concentration setting value for the load output from the concentration function generator 106 is:
It is sent to the hydrogen PI calculator 103, and also to the differentiator 107.
The signal output from the fuel exhaust gas is sent to a high signal monitor switch 109, and the fuel exhaust gas hydrogen concentration sensor 100 provided in the anode recycling system 18 detects a decrease in the hydrogen concentration contained in the fuel exhaust gas, and The detection signal of the hydrogen concentration sensor 100 is sent to the hydrogen PI calculator 10.
Sent to 3.
水素ＰＩ演算器１０３に送られた燃料排ガス水素濃度セ
ンサ１００の検出信号は、負荷指令１０５から送られた
水素濃度設定値とここで比較演算され、水素注入調節弁
１０］に対する制御信号をリレー１０８に送る。また燃
料排ガス水素濃度センサ１００から低信号モニタスイッ
チ１０４に送られた信号および負荷指令１０５から微分
器１０７を介して高信号モニタスインチ１０９に送られ
た指令信号は、アントロジック１１０に送られる。アン
ドロジック１１０ては、高信号モニタスイッチ１０９の
信号および低信号モニタスイッチ１０４の信号の両方か
人力されたときに、信号をノットロジック１１１に送る
。ノットロジック１１１は、アンドロジック１１０から
の信号がないときにリレー１０８に信号を送る。The detection signal of the fuel exhaust gas hydrogen concentration sensor 100 sent to the hydrogen PI calculator 103 is compared and calculated with the hydrogen concentration setting value sent from the load command 105, and a control signal for the hydrogen injection control valve 10 is sent to the relay 108. send to Further, a signal sent from the fuel exhaust gas hydrogen concentration sensor 100 to the low signal monitor switch 104 and a command signal sent from the load command 105 to the high signal monitor inch 109 via the differentiator 107 are sent to the Antologic 110. ANDLogic 110 sends a signal to NOTLogic 111 when both the high signal monitor switch 109 signal and the low signal monitor switch 104 signal are activated. Not logic 111 sends a signal to relay 108 when there is no signal from AND logic 110.
上記リレー１０８は、ノットロジック１１１からの信号
を受けたときに、水素注入ライン１０２に設けた水素注
入調節弁１０１を閉じる信号を発し、ノットロジック１
１１からの信号がないときに水素ＰＩ演算器１０３から
送られた制御信号により水素注入調節弁１０１の開度を
制御する信号を発する。When the relay 108 receives a signal from the knot logic 111, it issues a signal to close the hydrogen injection control valve 101 provided in the hydrogen injection line 102, and
When there is no signal from the hydrogen injection control valve 101, a control signal sent from the hydrogen PI calculator 103 generates a signal to control the opening degree of the hydrogen injection control valve 101.
リレー１０８からの開度信号を受けた水素注入調節弁１
０１は、その信号に応して開度を決定し、水素源に収容
された水素ガスを燃料排ガスの水素濃度の低さに応した
量たけ水素注入ライン１０２を介してアノードリサイク
ル系統１８に供給する。Hydrogen injection control valve 1 receiving an opening signal from relay 108
01 determines the opening degree in response to the signal, and supplies the hydrogen gas contained in the hydrogen source to the anode recycling system 18 via the hydrogen injection line 102 in an amount corresponding to the low hydrogen concentration of the fuel exhaust gas. do.
この水素ガスの供給により、改質器バーナに送られる燃
料排ガスの水素濃度が制御され、改質器の改質管上部温
度が一定に保たれ、燃料電池システムに必要な水素量を
確保することで、急激な負荷上昇に対応して安定した電
力を供給できる。By supplying this hydrogen gas, the hydrogen concentration of the fuel exhaust gas sent to the reformer burner is controlled, the temperature at the top of the reforming tube of the reformer is kept constant, and the amount of hydrogen necessary for the fuel cell system is secured. This allows for a stable supply of power in response to sudden increases in load.
なお燃料電池１に急激な負荷上昇が発生すると、燃料電
池１内に多量の酸素消費がおこり、燃料電池１からでる
カソード排気中の酸素濃度が低下するが、このカソード
排気は改質器バーナ空気予熱器２０に送られ、ターボコ
ンプレッサ装置２４より送られる空気とともに改質器バ
ーナに送られるので、極度の酸素濃度低下となることは
ない。Note that when a sudden load increase occurs on the fuel cell 1, a large amount of oxygen is consumed within the fuel cell 1, and the oxygen concentration in the cathode exhaust gas from the fuel cell 1 decreases. Since the air is sent to the preheater 20 and sent to the reformer burner together with the air sent from the turbo compressor device 24, there is no possibility of an extreme drop in oxygen concentration.
以上述べたように本発明によれば、燃料電池の燃料排ガ
ス側と燃料ガスの入り口側を結ぶアノードリサイクル系
統に燃料排ガス中の水素濃度を検出するための水素濃度
センサを設けるとともに、このアノードリサイクル系統
のアノードリサイクルコンプレッサより上流側に水素源
に接続した水素注入ラインを弁装置を介して接続したの
で、改質器バーナに送られる燃料排ガスの水素濃度を制
御し、改質器の改質管上部温度を一定に保ち、燃料電池
システムに必要な水素量を確保し急激な負荷上昇に対応
して安定した電力を供給できる。As described above, according to the present invention, the anode recycling system connecting the fuel exhaust gas side and the fuel gas inlet side of the fuel cell is provided with a hydrogen concentration sensor for detecting the hydrogen concentration in the fuel exhaust gas, and the anode recycling system is provided with a hydrogen concentration sensor for detecting the hydrogen concentration in the fuel exhaust gas. A hydrogen injection line connected to a hydrogen source is connected to the upstream side of the system's anode recycle compressor via a valve device, so the hydrogen concentration of the fuel exhaust gas sent to the reformer burner is controlled, and the reformer pipe By keeping the upper temperature constant and ensuring the amount of hydrogen necessary for the fuel cell system, it is possible to supply stable power in response to sudden increases in load.
第１図は本発明による燃料電池システムの燃料系統制御
装置の要部を示す図、第２図は同制御方法を示すブロッ
ク図、第３図は従来の燃料電池システムを示す図、第４
図は従来の改質器バーナの燃料制御方法を示す図、第５
図は従来の改質器バーナの空気制御方法を示す図である
。
１・・・燃料電池、５・・・改質器、１５・・・改質ガ
ス流１１Ｍ節弁、１８・・・アノードリサイクル系統、
１９・・・アノードリサイクルコンプレッサ、１００・
・水素濃度センサ１００．１０１・・・水素注入調節弁
、１０２・・・水素注入ライン、１０３・・・水素ＰＩ
演算器、１０５・・・負荷指令、１０４・・・低信号モ
ニタスイッチ、１０８・・・リレー、１０９・・・高信
号モニタスイッチ、１１０・・・アンドロジック、１１
１・・ノットロジック。FIG. 1 is a diagram showing the main parts of a fuel system control device for a fuel cell system according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the same control method, FIG. 3 is a diagram showing a conventional fuel cell system, and FIG.
Figure 5 shows a conventional reformer burner fuel control method.
The figure shows a conventional reformer burner air control method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Fuel cell, 5... Reformer, 15... Reformed gas flow 11M control valve, 18... Anode recycling system,
19... Anode recycling compressor, 100.
・Hydrogen concentration sensor 100.101...Hydrogen injection control valve, 102...Hydrogen injection line, 103...Hydrogen PI
Arithmetic unit, 105... Load command, 104... Low signal monitor switch, 108... Relay, 109... High signal monitor switch, 110... And logic, 11
1. Not logic.
Claims (1)
ノードリサイクル系統に燃料排ガス中の水素濃度を検出
するための水素濃度センサを設けるとともに、このアノ
ードリサイクル系統のアノードリサイクルコンプレッサ
より上流側に水素源に接続した水素注入ラインを弁装置
を介して接続したことを特徴とする燃料電池システムの
燃料系統制御装置。A hydrogen concentration sensor for detecting the hydrogen concentration in the fuel exhaust gas is installed in the anode recycling system that connects the fuel exhaust gas side and the fuel gas inlet side of the fuel cell, and a hydrogen source is installed upstream of the anode recycling compressor in this anode recycling system. A fuel system control device for a fuel cell system, characterized in that a hydrogen injection line connected to the fuel cell system is connected via a valve device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2063796A JPH03266367A (en) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | Fuel system control unit of fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2063796A JPH03266367A (en) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | Fuel system control unit of fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03266367A true JPH03266367A (en) | 1991-11-27 |
Family
ID=13239700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2063796A Pending JPH03266367A (en) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | Fuel system control unit of fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03266367A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6569552B2 (en) * | 2000-02-17 | 2003-05-27 | Denso Corporation | Fuel cell system including fuel cell for generating electric energy by chemical reaction between hydrogen and oxygen |
| JP2005129536A (en) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Burner for reformer in fuel cell system |
| JP2010055979A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2013120674A (en) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and vehicle incorporating the same |
-
1990
- 1990-03-14 JP JP2063796A patent/JPH03266367A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6569552B2 (en) * | 2000-02-17 | 2003-05-27 | Denso Corporation | Fuel cell system including fuel cell for generating electric energy by chemical reaction between hydrogen and oxygen |
| JP2005129536A (en) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Burner for reformer in fuel cell system |
| JP2010055979A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2013120674A (en) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and vehicle incorporating the same |
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