JPH05242901A - 溶融炭酸塩型燃料電池の制御方法とその装置 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池の制御方法とその装置

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JPH05242901A
JPH05242901A JP4075395A JP7539592A JPH05242901A JP H05242901 A JPH05242901 A JP H05242901A JP 4075395 A JP4075395 A JP 4075395A JP 7539592 A JP7539592 A JP 7539592A JP H05242901 A JPH05242901 A JP H05242901A
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JP
Japan
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fuel cell
gas
reformer
fuel
flow rate
Prior art date
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Application number
JP4075395A
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English (en)
Inventor
Toshio Inoue
敏男 井上
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融炭酸塩型燃料電池の負荷上昇時における
負荷変化率の向上を図ることを目的する。 【構成】 天然ガス1を改質器2に導いて改質し、得ら
れた燃料ガス3を燃料電池4のアノード5側に供給し、
更に該アノード5の出側ガス6を前記改質器2に導いて
昇温用燃料として燃焼させ、燃焼による酸化ガス7を前
記燃料電池4のカソード8側に導くようにしてある溶融
炭酸塩型燃料電池の制御方法であって、燃料電池4の負
荷上昇指令の発生時、単位時間当りの負荷上昇幅が所定
値を超えたときに負荷上昇幅に応じた流量の天然ガス1
を一定時間前記改質器2に導いて燃焼することにより、
酸化ガス7の不足を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
の制御方法とその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6及び図7は従来の溶融炭酸塩型燃料
電池の一例を示すもので、天然ガス1を改質器2に導い
て改質し、得られたH2,CO等の燃料ガス3を燃料電
池4のアノード5側に供給し、更に該アノード5からの
出側ガス6を酸化ガス供給流路11により前記改質器2
のバーナに導いて燃焼させることにより、酸化ガス7
(CO2)の生成と改質器2の触媒の温度保持(略80
0℃)を行い、得られた酸化ガス7を前記燃料電池4の
カソード8側に導くことにより発電を行うようにしてい
る。又、前記設備の起動時には、前記改質器2の触媒の
温度を上げるために、天然ガス1の一部を助燃用流路9
の遮断弁10を開けることにより前記改質器2に燃焼ガ
スとして導き、温度が所定値になって燃料電池4が作動
を開始したらアノード5からの出側ガス6を改質器2で
燃焼させるのみで十分に間に合うので、助燃用流路9の
遮断弁10を閉じるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の装
置においては、燃料電池4の負荷(出力)を上昇しよう
とする時、負荷指令Aの負荷上昇幅が所定値より大きい
と(特に低負荷から高負荷に負荷変動しようとする時、
図7では30%から100%に上昇)、改質器2に導入
される改質のための天然ガス1の流量は直ちに増加され
てアノード5に導かれる燃料ガス3の流量は増加される
が、アノード3からの出側ガス6は比較的長い酸化ガス
供給流路11を介して改質器2に導かれて燃焼され、燃
焼によって生じた酸化ガス7がカソード8に導かれるよ
うになっているために、酸化ガス7の流量が増加するま
でには時間的な遅れがあり、そのために図7に示すよう
にカソード8に導かれる酸化ガス7のCO2量Bが不足
する(カソード8出口の酸化ガス7のCO2量Cが零と
なる)ことがあり、そのために予定した負荷変化率目標
値(10%/分)で負荷を上昇させることができず、そ
のために酸化ガス7の流量が徐々に増加してくるのを待
ってから負荷Aを上昇させていく必要があり、よって負
荷Aを目標値まで上昇させるのに時間が掛る問題を有し
ていた。
【0004】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなし
たもので、溶融炭酸塩型燃料電池の負荷上昇時における
負荷変化率の向上を図ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、天然ガスを改
質器に導いて改質し、得られた燃料ガスを燃料電池のア
ノード側に供給し、更に該アノードの出側ガスを前記改
質器に導いて昇温用燃料として燃焼させ、燃焼による酸
化ガスを前記燃料電池のカソード側に導くようにしてあ
る溶融炭酸塩型燃料電池の制御方法であって、燃料電池
の負荷上昇指令の発生時、単位時間当りの負荷上昇幅が
所定値を超えたときに負荷上昇幅に応じた流量の天然ガ
スを一定時間前記改質器に導いて燃焼することにより、
酸化ガスの不足を防止することを特徴とする溶融炭酸塩
型燃料電池の制御方法、及びアノードとカソードを備え
た溶融炭酸塩型燃料電池と、天然ガスの改質を行い得ら
れた燃料ガスを前記アノードに導く改質器と、前記アノ
ードの出側ガスを前記改質器に導いて燃焼し得られた酸
化ガスを前記カソードに導く酸化ガス供給流路と、前記
天然ガスの一部を前記改質器に助燃燃料として導く助燃
用流路と、該助燃用流路に備えた遮断弁と、単位時間当
りの負荷上昇幅が一定値を超えた時に前記遮断弁を一定
時間だけ開作動する開閉指令制御装置と、前記助燃用流
路の遮断弁より上流側に備えられた流量調節弁と、助燃
燃料が負荷上昇幅に応じた設定流量になるように前記流
量調節弁の開度を制御する流量制御装置とを備えたこと
を特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の制御装置、に係る
ものである。
【0006】
【作用】天然ガスを改質器に導いて改質し、得られた燃
料ガスを燃料電池のアノード側に供給し、更に該アノー
ドの出側ガスを前記改質器に導いて昇温用燃料として燃
焼させ、燃焼による酸化ガスを前記燃料電池のカソード
側に導くようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池の負荷上
昇指令の発生時に、単位時間当りの負荷上昇幅が所定値
を超えると、負荷上昇幅に応じた流量の天然ガスが一定
時間前記改質器に助燃燃料として供給される。これによ
り、負荷上昇時における酸化ガス増加の時間遅れによる
酸化ガスの不足を解消して、設定された負荷変化率で燃
料電池の負荷を上昇させることができる。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。
【0008】図1は前記図6に示した溶融炭酸塩型燃料
電池に適用した本発明の一実施例を示すもので、図中図
6と同一の符号を付したものは同一物を表わしており、
詳細な説明は省略する。
【0009】図1に示すように、助燃用流路9における
前記遮断弁10の上流側には、流量調節弁12が備えて
あり該流量調節弁12は流量制御装置13よって制御さ
れるようになっている。又、遮断弁10には、開閉指令
制御装置14からの開閉指令信号15が入力されてい
る。開閉指令制御装置14には、燃料電池4の負荷指令
Aが入力されている。
【0010】前記流量制御装置13には、流量調節弁1
2の下流側に備えられた流量計16からの流量信号17
が入力されていると共に、図5に示す負荷指令A及び前
記開閉指令制御装置14からの切替指令信号18が入力
されている。
【0011】前記開閉指令制御装置14は、図2に示す
ように負荷上昇中の信号と、負荷指令Aが所定値αMW
下の時に信号が入力された時にAND回路19により遮
断弁開指令を出力して遮断弁10を全開するようになっ
ている。この時、負荷上昇中の信号が入力されても作動
せず、所定時間経過後にONとなる限時作動タイマ20
と、NOT回路21を経た信号が前記AND回路19に
入力されており、従って負荷指令Aの上昇時に遮断弁開
指令が出力され、所定時間後に限時作動タイマ20がO
NとなることによりNOT回路21の出力が無くなるこ
とによって遮断弁開指令が停止されて遮断弁10が全閉
となるように制御する構成を有している。
【0012】前記流量制御装置13は、図3に示すよう
に前記流量計16からの流量信号17が、引算器22、
PI(微分積分)コントローラ23、手動/自動切替ス
テーション24及び第一の信号切替器25を介して前記
流量調節弁12に入力されるようになっている。前記第
一の信号切替器25には、負荷指令Aによる単位時間当
りの負荷上昇幅26が入力されている関数発生器27か
らの規定開度信号28が入力されている。又、負荷指令
Aによる単位時間当りの負荷上昇幅26が入力されてい
る関数発生器29からの設定流量信号30が第二の信号
切替器31を介して前記引算器22に入力されるように
なっている。又第二の信号切替器31のa側には、流量
計16からの流量信号17が入力されている。
【0013】又、前記開閉指令制御装置14は、図4に
示すように遮断弁閉の時にONとなっており、限時復帰
タイマ32を介して前記第一及び第二の信号切替器2
5,31をa側に切替えた状態に保持するように切替指
令信号18が前記流量制御装置13に出力されており、
前記図2によって遮断弁開指令が出た時には信号がOF
Fとなるが限時復帰タイマ32がONの状態を保持し所
定時間後にOFFとなるので、前記第一及び第二の信号
切替器25,31がNOT回路33の作用によってb側
に切替えられるように切替指令信号18が流量制御装置
13に出力されるようになっている。
【0014】前記限時作動タイマ20は、遮断弁10の
開作動時間Tを決定するものであり、又限時復帰タイマ
32による第一及び第二の信号切替器25,31のaか
らbへの切替は、遮断弁10が全開し、流量調節弁12
が規定開度で開作動してから助燃燃料34の流量がある
程度安定した後に設定流量信号30による制御を行うよ
うに切替えるものであり、従って限時復帰タイマ32の
設定時間は限時作動タイマによって設定される開作動時
間Tに比較すると極めて短い。
【0015】次に、作用を説明する。
【0016】燃料電池4が例えば低負荷で運転されてい
る状態では、改質器2を助燃する必要がないので図4に
示すように遮断弁全閉となっており、よって第一及び第
二の信号切替器25,31はa側になっていて、流量調
節弁12は常に所定の開度例えば50%開の状態で待っ
ている。第二の信号切替器もa側になって実流量追従と
なっているが、第一の切替器25がa側であるために出
力はされない。
【0017】この状態で負荷上昇の指令が発せられる
と、前記流量制御装置13及び開閉指令制御装置14に
は負荷指令Aが入力されているので、開閉指令制御装置
14は図2に示すように、負荷上昇中の信号がAND回
路19に入力され、この時負荷指令Aが所定値αMWであ
ると、AND回路19により遮断弁開指令が出力されて
遮断弁10が全開となる。この時、前記流量調節弁12
は規定開度例えば50%で開いて待っているので、助燃
燃料34は助燃用流路9を介して改質器2のバーナに導
かれて直ちに燃焼される。
【0018】遮断弁10が全開となると、図4における
遮断弁全閉の信号がOFFとなるが、限時復帰タイマ3
2がONの信号を出し続けるのでこのために図3の第一
及び第二の信号切替器25,31は依然としてa側に切
替えられたままとなっている。従って流量計16からの
流量信号17が、引算器22において、第二の信号切替
器31からの実流量信号(流量信号17)と比較されて
PIコントローラ23に導かれるが、流量調節弁12の
開度は、関数発生器27からの規定開度信号28により
決定されている。
【0019】助燃用流路9の助燃燃料34の流動状態が
安定してくると、前記図4の限時復帰タイマ32がOF
Fとなりこれにより前記第一及び第二の信号切替器2
5,31がb側に切替えられ、これにより以後は負荷指
令Aによる単位時間当りの負荷上昇幅26に基づく関数
発生器29からの設定流量信号30により流量調節弁1
2の開度が制御される。
【0020】前記遮断弁10の開作動から所定の時間
(例えば3分間)が経過すると、図2に示す限時作動タ
イマ20がONを出力することによりAND回路19の
出力がOFFとなり、遮断弁10が全閉となる。これに
より図5に示す斜線部分の助燃燃料34が改質器2に供
給されて燃焼され、これにより酸化ガス7のカソード8
入口及び出口のCO2の量がB’,C’のように安定し
て酸化ガス7の不足が解消され、よって燃料電池4の負
荷を初期の予定した負荷変化率で上昇させることができ
る。
【0021】尚、本発明は前記実施例にのみ限定される
ものではなく、負荷上昇時の助燃のための開作動時間は
任意に設定できること、その他本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内に於いて種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
【0022】
【発明の効果】前記した本発明の溶融炭酸塩型燃料電池
の制御方法とその装置によれば、負荷上昇時に燃料電池
に供給される酸化ガスの不足を解消して、負荷変化率の
向上を図ることができる優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】開閉指令制御装置の構成例を示すフローチャー
トである。
【図3】流量制御装置のブロック図である。
【図4】図2の開閉指令制御装置と図3の流量制御装置
の関係を示した作動図である。
【図5】本発明の作用を示す線図である。
【図6】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の一例を示すブロ
ック図である。
【図7】従来装置の作用を示す線図である。
【符号の説明】
1 天然ガス 2 改質器 3 燃料ガス 4 燃料電池 5 アノード 6 出側ガス 7 酸化ガス 8 カソード 9 助燃用流路 10 遮断弁 11 酸化ガス供給流路 12 流量調節弁 13 流量制御装置 14 開閉指令制御装置 26 単位時間当りの負荷上昇幅 34 助燃燃料

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 天然ガスを改質器に導いて改質し、得ら
    れた燃料ガスを燃料電池のアノード側に供給し、更に該
    アノードの出側ガスを前記改質器に導いて昇温用燃料と
    して燃焼させ、燃焼による酸化ガスを前記燃料電池のカ
    ソード側に導くようにしてある溶融炭酸塩型燃料電池の
    制御方法であって、燃料電池の負荷上昇指令の発生時、
    単位時間当りの負荷上昇幅が所定値を超えたときに負荷
    上昇幅に応じた流量の天然ガスを一定時間前記改質器に
    導いて燃焼することにより、酸化ガスの不足を防止する
    ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の制御方法。
  2. 【請求項2】 アノードとカソードを備えた溶融炭酸塩
    型燃料電池と、天然ガスの改質を行い得られた燃料ガス
    を前記アノードに導く改質器と、前記アノードの出側ガ
    スを前記改質器に導いて燃焼し得られた酸化ガスを前記
    カソードに導く酸化ガス供給流路と、前記天然ガスの一
    部を前記改質器に助燃燃料として導く助燃用流路と、該
    助燃用流路に備えた遮断弁と、単位時間当りの負荷上昇
    幅が一定値を超えた時に前記遮断弁を一定時間だけ開作
    動する開閉指令制御装置と、前記助燃用流路の遮断弁よ
    り上流側に備えられた流量調節弁と、助燃燃料が負荷上
    昇幅に応じた設定流量になるように前記流量調節弁の開
    度を制御する流量制御装置とを備えたことを特徴とする
    溶融炭酸塩型燃料電池の制御装置。
JP4075395A 1992-02-26 1992-02-26 溶融炭酸塩型燃料電池の制御方法とその装置 Pending JPH05242901A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002231289A (ja) * 2001-02-05 2002-08-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
JP2006107880A (ja) * 2004-10-04 2006-04-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

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