JPH053042A - 燃料電池装置の制御装置 - Google Patents
燃料電池装置の制御装置Info
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- JPH053042A JPH053042A JP3150725A JP15072591A JPH053042A JP H053042 A JPH053042 A JP H053042A JP 3150725 A JP3150725 A JP 3150725A JP 15072591 A JP15072591 A JP 15072591A JP H053042 A JPH053042 A JP H053042A
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、燃料電池本体入口のカソード極，
アノード極の極間差圧を適正にし、瞬時に負荷変動が可
能な燃料電池装置の制御装置を提供するとともに、低コ
ストの燃料で高効率の発電を行い、システム全体の運転
を低コスト化することにある。 【構成】 燃料改質装置３から燃料電池本体１６に水素
を供給する水素供給系１５の、燃料電池本体１６入口部
圧力を検出する圧力検出器２７と、燃料電池本体に空気
を供給する空気供給系１８の、燃料電池本体１６入口部
圧力を検出する圧力検出器２６とを設け、これらの圧力
検出器により検出された系内圧力を設定圧力と比較し
て、天然ガス供給系２２，原燃料供給系１４，水素供給
系１５，空気供給系１８，水素戻り系１７，空気放出系
２０の各制御弁、および燃料改質装置３に制御信号を出
力する制御装置１３を設けたことを特徴とする。
アノード極の極間差圧を適正にし、瞬時に負荷変動が可
能な燃料電池装置の制御装置を提供するとともに、低コ
ストの燃料で高効率の発電を行い、システム全体の運転
を低コスト化することにある。 【構成】 燃料改質装置３から燃料電池本体１６に水素
を供給する水素供給系１５の、燃料電池本体１６入口部
圧力を検出する圧力検出器２７と、燃料電池本体に空気
を供給する空気供給系１８の、燃料電池本体１６入口部
圧力を検出する圧力検出器２６とを設け、これらの圧力
検出器により検出された系内圧力を設定圧力と比較し
て、天然ガス供給系２２，原燃料供給系１４，水素供給
系１５，空気供給系１８，水素戻り系１７，空気放出系
２０の各制御弁、および燃料改質装置３に制御信号を出
力する制御装置１３を設けたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池装置の制御装
置に係り、特に、燃料電池システムの運転における負荷
変動運転の対応が瞬時に行われ、装置に使用する天然ガ
ス燃料を最小コストにおさえられ、システムの総合効率
を高めるのに好適な燃料電池装置の制御装置に関するも
のである。
置に係り、特に、燃料電池システムの運転における負荷
変動運転の対応が瞬時に行われ、装置に使用する天然ガ
ス燃料を最小コストにおさえられ、システムの総合効率
を高めるのに好適な燃料電池装置の制御装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料電池装置は、例えば、特開昭
６０−７０６８号公報に記載されているように、燃料電
池で消費されて残つた空気および水素リツチガスは、リ
サイクルブロワーを備えたリサイクル系によつて、燃料
電池本体のカソード極，アノード極の入口に戻され、再
度燃料電池本体での発電用燃料として使用されるように
なつていた。
６０−７０６８号公報に記載されているように、燃料電
池で消費されて残つた空気および水素リツチガスは、リ
サイクルブロワーを備えたリサイクル系によつて、燃料
電池本体のカソード極，アノード極の入口に戻され、再
度燃料電池本体での発電用燃料として使用されるように
なつていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、燃料電池シス
テムは、水素製造手段に係る燃料改質装置と燃料電池本
体とを有し、燃料改質装置のバーナ部に天然ガス，燃焼
空気を供給する天然ガス供給系，空気供給系が備えら
れ、燃料改質装置の反応管には天然ガス，水蒸気を供給
する原燃料供給系が備えられ、燃料電池本体のカソード
極には空気供給系が接続され、アノード極には、燃料改
質装置で製造された水素を供給する水素供給系が接続さ
れている。
テムは、水素製造手段に係る燃料改質装置と燃料電池本
体とを有し、燃料改質装置のバーナ部に天然ガス，燃焼
空気を供給する天然ガス供給系，空気供給系が備えら
れ、燃料改質装置の反応管には天然ガス，水蒸気を供給
する原燃料供給系が備えられ、燃料電池本体のカソード
極には空気供給系が接続され、アノード極には、燃料改
質装置で製造された水素を供給する水素供給系が接続さ
れている。
【０００４】燃料電池システムの負荷変動においては、
空気供給系のカソード極と水素供給系のアノード極との
極間差圧を常に±３００ｍｍＡｑ以下になることを確認
しながら、空気供給系の制御弁、原燃料供給系における
天然ガス，水蒸気の流量を調整するエジエクター、燃料
改質装置のバーナに供給する燃焼空気および天然ガス等
における各流量を測定し、各系の制御弁を制御して負荷
変動していくものであるため、負荷変動に時間がかかつ
てしまうという問題があつた。
空気供給系のカソード極と水素供給系のアノード極との
極間差圧を常に±３００ｍｍＡｑ以下になることを確認
しながら、空気供給系の制御弁、原燃料供給系における
天然ガス，水蒸気の流量を調整するエジエクター、燃料
改質装置のバーナに供給する燃焼空気および天然ガス等
における各流量を測定し、各系の制御弁を制御して負荷
変動していくものであるため、負荷変動に時間がかかつ
てしまうという問題があつた。
【０００５】例えば、２５％負荷運転から１００％の負
荷運転に変動する場合は、燃料電池本体のカソード極へ
の空気供給系の流量は、制御弁を開にすることにより流
量は増加するが、燃料電池本体のアノード極への水素供
給系の水素流量は燃料改質装置内の反応管に供給する流
量およびバーナへの天然ガス，空気流量により決定され
る。そこで、２５％負荷から１００％負荷に変動した場
合、燃料改質装置内の反応管から１００％負荷流量の水
素が発生するまでに３〜５分の時間がかかつてしまい、
かつ、カソード極側の供給空気流量はアノード極供給側
の流量および圧力を常時測定して流量を増加するもので
あるため、負荷変動に時間がかかつてしまう。
荷運転に変動する場合は、燃料電池本体のカソード極へ
の空気供給系の流量は、制御弁を開にすることにより流
量は増加するが、燃料電池本体のアノード極への水素供
給系の水素流量は燃料改質装置内の反応管に供給する流
量およびバーナへの天然ガス，空気流量により決定され
る。そこで、２５％負荷から１００％負荷に変動した場
合、燃料改質装置内の反応管から１００％負荷流量の水
素が発生するまでに３〜５分の時間がかかつてしまい、
かつ、カソード極側の供給空気流量はアノード極供給側
の流量および圧力を常時測定して流量を増加するもので
あるため、負荷変動に時間がかかつてしまう。
【０００６】また、燃料電池本体で残つた水蒸気，炭酸
ガス，水蒸気等を含んだ水素リツチガスをブロワーで加
圧して燃料電池本体入口の水素供給系に戻して再度燃料
電池本体の発電燃料として使用している。このため、燃
料電池本体のアノード極には常に純度の高い水素が送ら
れるのではないので、燃料電池本体の発電効率を低め、
寿命を短くしていた。さらに、ブロワー等の圧力変動要
因の大きい機器を使用しているので、空気供給系，水素
供給系の燃料電池本体入口のカソード，アノード極の極
間差圧を適正に保持するためには複雑な制御を必要とす
るという問題があつた。
ガス，水蒸気等を含んだ水素リツチガスをブロワーで加
圧して燃料電池本体入口の水素供給系に戻して再度燃料
電池本体の発電燃料として使用している。このため、燃
料電池本体のアノード極には常に純度の高い水素が送ら
れるのではないので、燃料電池本体の発電効率を低め、
寿命を短くしていた。さらに、ブロワー等の圧力変動要
因の大きい機器を使用しているので、空気供給系，水素
供給系の燃料電池本体入口のカソード，アノード極の極
間差圧を適正に保持するためには複雑な制御を必要とす
るという問題があつた。
【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、燃料電池本体入口のカソード
極，アノード極の極間差圧を適正にし、瞬時に負荷変動
が可能な燃料電池装置の制御装置を提供することを、そ
の目的としている。また、本発明の他の目的は、低コス
トの燃料で高効率の発電を図ることができ、システム全
体の運転を低コストにすることの可能な燃料電池装置の
制御装置を提供することにある。
るためになされたもので、燃料電池本体入口のカソード
極，アノード極の極間差圧を適正にし、瞬時に負荷変動
が可能な燃料電池装置の制御装置を提供することを、そ
の目的としている。また、本発明の他の目的は、低コス
トの燃料で高効率の発電を図ることができ、システム全
体の運転を低コストにすることの可能な燃料電池装置の
制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の燃料電池装置の制御装置に係る第１の発明
の構成は、燃料改質装置と、燃料電池本体とを有し、こ
の燃料改質装置に、天然ガスを供給する天然ガス供給系
および燃焼用空気を供給する空気供給系と、前記燃料改
質装置で製造した水素を前記燃料電池本体へ供給する水
素供給系と、前記燃料電池本体に燃焼用空気を供給する
空気供給系と、前記燃料電池本体側から前記燃料改質装
置側へ水素を戻す水素戻り系とを備えてなる燃料電池装
置において、前記燃料改質装置から前記燃料電池本体に
水素を供給する前記水素供給系、前記燃料電池本体に空
気を供給する空気供給系、前記燃料改質装置のバーナ部
に天然ガスを供給する天然ガス供給系、前記燃料改質装
置の反応部に天然ガスと水蒸気とを供給する原燃料供給
系、前記水素供給系の燃料電池本体入口部と前記原燃料
供給系とを接続する水素戻り系、および前記空気供給系
に接続する空気放出系の各系に、それぞれ制御弁を設け
るとともに、前記水素供給系の燃料電池本体入口部系内
の圧力を検出する圧力検出器と、前記空気供給系の燃料
電池本体入口部系内の圧力を検出する圧力検出器とを設
け、これらの圧力検出器により検出された系内圧力を設
定圧力と比較して、前記の天然ガス供給系，原燃料供給
系，水素供給系，空気供給系，水素戻り系，空気放出系
の各制御弁、および前記燃料改質装置に制御信号を出力
する制御装置を設けたものである。
に、本発明の燃料電池装置の制御装置に係る第１の発明
の構成は、燃料改質装置と、燃料電池本体とを有し、こ
の燃料改質装置に、天然ガスを供給する天然ガス供給系
および燃焼用空気を供給する空気供給系と、前記燃料改
質装置で製造した水素を前記燃料電池本体へ供給する水
素供給系と、前記燃料電池本体に燃焼用空気を供給する
空気供給系と、前記燃料電池本体側から前記燃料改質装
置側へ水素を戻す水素戻り系とを備えてなる燃料電池装
置において、前記燃料改質装置から前記燃料電池本体に
水素を供給する前記水素供給系、前記燃料電池本体に空
気を供給する空気供給系、前記燃料改質装置のバーナ部
に天然ガスを供給する天然ガス供給系、前記燃料改質装
置の反応部に天然ガスと水蒸気とを供給する原燃料供給
系、前記水素供給系の燃料電池本体入口部と前記原燃料
供給系とを接続する水素戻り系、および前記空気供給系
に接続する空気放出系の各系に、それぞれ制御弁を設け
るとともに、前記水素供給系の燃料電池本体入口部系内
の圧力を検出する圧力検出器と、前記空気供給系の燃料
電池本体入口部系内の圧力を検出する圧力検出器とを設
け、これらの圧力検出器により検出された系内圧力を設
定圧力と比較して、前記の天然ガス供給系，原燃料供給
系，水素供給系，空気供給系，水素戻り系，空気放出系
の各制御弁、および前記燃料改質装置に制御信号を出力
する制御装置を設けたものである。
【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
の燃料電池装置の制御装置に係る第２の発明の構成は、
前記第１の発明の前提要件と同一前提要件において、前
記燃料改質装置から前記燃料電池本体に水素を供給する
前記水素供給系、前記燃料電池本体に空気を供給する空
気供給系、前記燃料改質装置のバーナ部に天然ガスを供
給する天然ガス供給系、前記燃料改質装置の反応部に天
然ガスと水蒸気とを供給する原燃料供給系、前記水素供
給系の燃料電池本体入口部と前記原燃料供給系とを接続
する水素戻り系、および前記空気供給系に接続する空気
放出系の各系に、それぞれ制御弁を設けるとともに、前
記水素供給系の燃料電池本体入口部系内の流量を検出す
る水素流量検出器と、前記空気供給系の燃料電池本体入
口部系内の流量を検出する空気流量検出器とを設け、こ
れらの流量検出器により検出された系内流量を設定流量
と比較して、前記の天然ガス供給系，原燃料供給系，水
素供給系，空気供給系，水素戻り系，空気放出系の各制
御弁、および前記燃料改質装置に制御信号を出力する制
御装置を設けたものである。
の燃料電池装置の制御装置に係る第２の発明の構成は、
前記第１の発明の前提要件と同一前提要件において、前
記燃料改質装置から前記燃料電池本体に水素を供給する
前記水素供給系、前記燃料電池本体に空気を供給する空
気供給系、前記燃料改質装置のバーナ部に天然ガスを供
給する天然ガス供給系、前記燃料改質装置の反応部に天
然ガスと水蒸気とを供給する原燃料供給系、前記水素供
給系の燃料電池本体入口部と前記原燃料供給系とを接続
する水素戻り系、および前記空気供給系に接続する空気
放出系の各系に、それぞれ制御弁を設けるとともに、前
記水素供給系の燃料電池本体入口部系内の流量を検出す
る水素流量検出器と、前記空気供給系の燃料電池本体入
口部系内の流量を検出する空気流量検出器とを設け、こ
れらの流量検出器により検出された系内流量を設定流量
と比較して、前記の天然ガス供給系，原燃料供給系，水
素供給系，空気供給系，水素戻り系，空気放出系の各制
御弁、および前記燃料改質装置に制御信号を出力する制
御装置を設けたものである。
【００１０】より詳しくは、上記第１，第２の発明の構
成において、燃料改質装置に温度検出器を設け、この温
度検出器により検出された温度を設定温度と比較して、
制御装置から制御信号を出力するように構成したもので
ある。
成において、燃料改質装置に温度検出器を設け、この温
度検出器により検出された温度を設定温度と比較して、
制御装置から制御信号を出力するように構成したもので
ある。
【００１１】さらに、本発明の燃料電池装置の制御装置
に係る第３の発明の構成は、上記第１の発明の構成にお
いて、水素供給系の燃料電池本体入口部系内の流量を検
出する水素流量検出器と、空気供給系の燃料電池本体入
口部系内の流量を検出する空気流量検出器と、燃料改質
装置内の温度を検出する温度検出器とを設け、これらの
流量，温度検出器により検出された流量，温度を設定流
量，温度と比較して、制御装置から制御信号を出力する
ようにしたものである。
に係る第３の発明の構成は、上記第１の発明の構成にお
いて、水素供給系の燃料電池本体入口部系内の流量を検
出する水素流量検出器と、空気供給系の燃料電池本体入
口部系内の流量を検出する空気流量検出器と、燃料改質
装置内の温度を検出する温度検出器とを設け、これらの
流量，温度検出器により検出された流量，温度を設定流
量，温度と比較して、制御装置から制御信号を出力する
ようにしたものである。
【００１２】さらに、より詳しくは、燃料電池本体へ燃
焼用空気を供給する空気供給系は、圧力検出器，空気流
量検出器および制御弁を具備し、燃料電池本体のカソー
ド極に接続する第１の空気供給系と、この第１の空気供
給系の圧力，流量検出点の上流に接続する、制御弁を具
備した第２の空気供給系とからなり、第１の空気供給系
の前記圧力，流量検出点とカソード極入口との間に空気
放出系を接続したものである。
焼用空気を供給する空気供給系は、圧力検出器，空気流
量検出器および制御弁を具備し、燃料電池本体のカソー
ド極に接続する第１の空気供給系と、この第１の空気供
給系の圧力，流量検出点の上流に接続する、制御弁を具
備した第２の空気供給系とからなり、第１の空気供給系
の前記圧力，流量検出点とカソード極入口との間に空気
放出系を接続したものである。
【００１３】
【作用】上記技術的手段による働きを、もつとも実質的
な第３の発明について説明する。システム起動時には、
バーナが天然ガスと燃焼空気により燃焼し、燃料改質装
置内の反応管に熱エネルギーを供給し装置系内を昇温す
る。昇温後、エジエクターにより前記反応管系内に天然
ガスと水蒸気が供給され水素が改質される。改質された
水素は、電池本体のアノード極に供給される。このと
き、燃料電池本体のカソード極には、第１の空気供給系
により燃焼用空気が供給される。燃料電池のカソード
極，アノード極に供給している空気，水素はそれぞれ異
なる機器から供給されている。燃料電池本体で残つた水
素リツチガスは、燃焼改質装置内のバーナに戻され、バ
ーナの燃焼用燃料として燃焼空気とともに燃焼される。
な第３の発明について説明する。システム起動時には、
バーナが天然ガスと燃焼空気により燃焼し、燃料改質装
置内の反応管に熱エネルギーを供給し装置系内を昇温す
る。昇温後、エジエクターにより前記反応管系内に天然
ガスと水蒸気が供給され水素が改質される。改質された
水素は、電池本体のアノード極に供給される。このと
き、燃料電池本体のカソード極には、第１の空気供給系
により燃焼用空気が供給される。燃料電池のカソード
極，アノード極に供給している空気，水素はそれぞれ異
なる機器から供給されている。燃料電池本体で残つた水
素リツチガスは、燃焼改質装置内のバーナに戻され、バ
ーナの燃焼用燃料として燃焼空気とともに燃焼される。
【００１４】例えば、燃料電池システムの負荷運転が１
００％から２５％負荷に変動した場合、燃料電池本体の
カソード極，アノード極に送られている空気，水素燃料
に対して電池本体では２５％の負荷分の空気，水蒸気し
か消費しない。燃料電池本体のカソード極，アノード極
入口の空気供給系，水素供給系内に設置されている流量
検出器により２５％負荷運転に必要流量を測定し、残量
空気はカソード極入口の第１の空気供給系に接続されて
いる空気放出系により放出される。また、残量水素はア
ノード極入口の水素供給系に接続されている水素戻り系
により、エジエクター，燃料改質装置の反応管系内に戻
される。
００％から２５％負荷に変動した場合、燃料電池本体の
カソード極，アノード極に送られている空気，水素燃料
に対して電池本体では２５％の負荷分の空気，水蒸気し
か消費しない。燃料電池本体のカソード極，アノード極
入口の空気供給系，水素供給系内に設置されている流量
検出器により２５％負荷運転に必要流量を測定し、残量
空気はカソード極入口の第１の空気供給系に接続されて
いる空気放出系により放出される。また、残量水素はア
ノード極入口の水素供給系に接続されている水素戻り系
により、エジエクター，燃料改質装置の反応管系内に戻
される。
【００１５】前記第１の空気供給系，水素供給系に具備
された圧力検出器によりそれぞれの圧力を測定しながら
カソード極，アノード極の極間差圧が３００ｍｍＡｑ以
下になるように、空気放出系，水素戻り系の制御弁を制
御する。一般に、燃料電池本体は水素および空気を供給
しても全て発電に消費されず、残つた燃料をバーナに戻
して燃焼していた。燃料電池本体には各負荷運転に必要
な水素燃料を供給し、残つた水素は水素戻り系により燃
料改質装置の反応管に戻している。電池で消費した水素
分の流量はエジエクターから供給される。
された圧力検出器によりそれぞれの圧力を測定しながら
カソード極，アノード極の極間差圧が３００ｍｍＡｑ以
下になるように、空気放出系，水素戻り系の制御弁を制
御する。一般に、燃料電池本体は水素および空気を供給
しても全て発電に消費されず、残つた燃料をバーナに戻
して燃焼していた。燃料電池本体には各負荷運転に必要
な水素燃料を供給し、残つた水素は水素戻り系により燃
料改質装置の反応管に戻している。電池で消費した水素
分の流量はエジエクターから供給される。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池装置
のシステム構成図である。図１において、３は、水素製
造手段に係る燃料改質装置で、触媒を含んだ反応管３ａ
と該反応管３ａを昇温するバーナ４とからなる。２３
は、反応管３ａ内の温度を検出するための温度検出器で
ある。６は、反応管３ａおよびシステムに水蒸気を供給
するための手段として水蒸気を発生するスチームドラ
ム、５は、反応管３ａに天然ガスと水蒸気との混合ガス
を供給するためのエジエクター、８は、エジエクター５
に天然ガス１を供給する制御弁である。
明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池装置
のシステム構成図である。図１において、３は、水素製
造手段に係る燃料改質装置で、触媒を含んだ反応管３ａ
と該反応管３ａを昇温するバーナ４とからなる。２３
は、反応管３ａ内の温度を検出するための温度検出器で
ある。６は、反応管３ａおよびシステムに水蒸気を供給
するための手段として水蒸気を発生するスチームドラ
ム、５は、反応管３ａに天然ガスと水蒸気との混合ガス
を供給するためのエジエクター、８は、エジエクター５
に天然ガス１を供給する制御弁である。
【００１７】２２は、バーナ４に天然ガス１を供給する
天然ガス供給系で、７は、天然ガス供給系２２に具備さ
れ、バーナ４に供給する天然ガス流量を制御する制御弁
である。２８は、バーナ４に燃焼用の空気２を供給する
空気供給系である。１６は、燃料電池本体に係る燃料電
池で、カソード極１６ａおよびアノード極１６ｂからな
る。１８は、燃料電池１６のカソード極１６ａに燃焼用
の空気２を供給する第１の空気供給系、９は、第１の空
気供給系１８に具備され、前記カソード極１６ａに供給
する空気流量を制御する制御弁、１９は、前記第１の空
気供給系１８の圧力，流量検出点（図中○に×印で示
す）の上流に接続される第２の空気供給系、１０は、第
２の空気供給系１９に具備され、前記カソード極１６ａ
に供給する空気流量を制御する制御弁、２０は、第１の
空気供給系１８のカソード極入口近傍に接続された空気
放出系、１１は、空気放出系２０に具備され、系内から
外部へ放出する空気量を制御する制御弁、２４は、第１
の空気供給系１８の空気流量を検出する空気流量検出
器、２６は、同様に第１の空気供給系１８内の圧力を検
出する圧力検出器である。
天然ガス供給系で、７は、天然ガス供給系２２に具備さ
れ、バーナ４に供給する天然ガス流量を制御する制御弁
である。２８は、バーナ４に燃焼用の空気２を供給する
空気供給系である。１６は、燃料電池本体に係る燃料電
池で、カソード極１６ａおよびアノード極１６ｂからな
る。１８は、燃料電池１６のカソード極１６ａに燃焼用
の空気２を供給する第１の空気供給系、９は、第１の空
気供給系１８に具備され、前記カソード極１６ａに供給
する空気流量を制御する制御弁、１９は、前記第１の空
気供給系１８の圧力，流量検出点（図中○に×印で示
す）の上流に接続される第２の空気供給系、１０は、第
２の空気供給系１９に具備され、前記カソード極１６ａ
に供給する空気流量を制御する制御弁、２０は、第１の
空気供給系１８のカソード極入口近傍に接続された空気
放出系、１１は、空気放出系２０に具備され、系内から
外部へ放出する空気量を制御する制御弁、２４は、第１
の空気供給系１８の空気流量を検出する空気流量検出
器、２６は、同様に第１の空気供給系１８内の圧力を検
出する圧力検出器である。
【００１８】１４は、エジエクター５から燃料改質装置
３の反応管３ａに天然ガスと水蒸気との混合ガスを導く
原燃料供給系、１５は、燃料改質装置３で改質（製造）
された水素を燃料電池１６のアノード極１６ｂに供給す
る水素供給系、３０は、水素供給系１５のアノード極１
６ｂ入口部に具備された電磁弁、２５は、水素供給系１
５のアノード極16ｂに供給する水素流量を検出する水素
流量検出器、２７は、水素供給系１５内の圧力を検出す
る圧力検出器である。圧力，流量検出点は図中○に×印
で示す。１７は、水素供給系１５のアノード極入口前か
ら原燃料供給系１４へ水素を導く水素戻り系、１２は、
水素戻り系１７に具備され、原燃料供給系１４に戻す水
素流量を制御する制御弁である。２１は、燃料電池１６
で残つた水素リツチガスをバーナ４の燃焼用燃料として
供給する電池排ガス戻り系である。１３は、以上述べて
きた各制御弁，各検出器、および燃料改質装置と電気的
に接続された制御装置である。
３の反応管３ａに天然ガスと水蒸気との混合ガスを導く
原燃料供給系、１５は、燃料改質装置３で改質（製造）
された水素を燃料電池１６のアノード極１６ｂに供給す
る水素供給系、３０は、水素供給系１５のアノード極１
６ｂ入口部に具備された電磁弁、２５は、水素供給系１
５のアノード極16ｂに供給する水素流量を検出する水素
流量検出器、２７は、水素供給系１５内の圧力を検出す
る圧力検出器である。圧力，流量検出点は図中○に×印
で示す。１７は、水素供給系１５のアノード極入口前か
ら原燃料供給系１４へ水素を導く水素戻り系、１２は、
水素戻り系１７に具備され、原燃料供給系１４に戻す水
素流量を制御する制御弁である。２１は、燃料電池１６
で残つた水素リツチガスをバーナ４の燃焼用燃料として
供給する電池排ガス戻り系である。１３は、以上述べて
きた各制御弁，各検出器、および燃料改質装置と電気的
に接続された制御装置である。
【００１９】本実施例における発明部の構成と機能をよ
り詳細に説明すると次のとおりである。制御装置１３
は、空気流量検出器２４，水素流量検出器２５によりそ
れぞれ検出された検出信号Ｑを入力して、このＱを予め
設定された、各負荷運転における燃料電池に必要な空
気，水素流量Ｑ0と大小関係を比較し、また、圧力検出
器２６，２７により検出された検出信号Ｐを入力して、
このＰを、予め設定された、燃料電池１６のカソード極
１６ａ，アノード極１６ｂの極間差圧が３００ｍｍＡｑ
以下である圧力信号Ｐ0と大小関係を比較し、空気供給
系１８，１９における制御弁９，１０、空気放出系２０
における制御弁１１、水素戻り系１７における制御弁１
２を制御し、燃料電池１６に供給する空気流量を第２の
空気供給系１９によつて増加させ、空気放出系２０によ
り燃料電池１６に供給する空気流量を減少させる。
り詳細に説明すると次のとおりである。制御装置１３
は、空気流量検出器２４，水素流量検出器２５によりそ
れぞれ検出された検出信号Ｑを入力して、このＱを予め
設定された、各負荷運転における燃料電池に必要な空
気，水素流量Ｑ0と大小関係を比較し、また、圧力検出
器２６，２７により検出された検出信号Ｐを入力して、
このＰを、予め設定された、燃料電池１６のカソード極
１６ａ，アノード極１６ｂの極間差圧が３００ｍｍＡｑ
以下である圧力信号Ｐ0と大小関係を比較し、空気供給
系１８，１９における制御弁９，１０、空気放出系２０
における制御弁１１、水素戻り系１７における制御弁１
２を制御し、燃料電池１６に供給する空気流量を第２の
空気供給系１９によつて増加させ、空気放出系２０によ
り燃料電池１６に供給する空気流量を減少させる。
【００２０】また、水素供給系１５には常に最高負荷運
転状態の水素流量を流しておき、そのときの負荷運転に
必要とする水素流量を燃料電池１６のアノード極１６ｂ
に供給し、必要としない水素流量は、水素戻り系１７に
より燃料改質装置３の反応管３ａ入口系に戻される。こ
のとき、エジエクター５から反応管３ａには、燃料電池
１６に供給した水素流量に相当する天然ガスと水蒸気が
供給される。また、制御装置１３は、燃料改質装置３の
温度検出器２３により検出された検出温度の検出信号Ｔ
と、予め設定された反応管３ａ内の温度Ｔ0と大小関係
を比較検討し、その結果に応じて燃料改質装置３内のバ
ーナ４に供給する天然ガス流量を制御弁７によつて制御
する。
転状態の水素流量を流しておき、そのときの負荷運転に
必要とする水素流量を燃料電池１６のアノード極１６ｂ
に供給し、必要としない水素流量は、水素戻り系１７に
より燃料改質装置３の反応管３ａ入口系に戻される。こ
のとき、エジエクター５から反応管３ａには、燃料電池
１６に供給した水素流量に相当する天然ガスと水蒸気が
供給される。また、制御装置１３は、燃料改質装置３の
温度検出器２３により検出された検出温度の検出信号Ｔ
と、予め設定された反応管３ａ内の温度Ｔ0と大小関係
を比較検討し、その結果に応じて燃料改質装置３内のバ
ーナ４に供給する天然ガス流量を制御弁７によつて制御
する。
【００２１】以下、本実施例の燃料電池装置の動作をよ
り具体的に説明する。システム起動時には、燃料改質装
置３内のバーナ４は、天然ガス１と燃焼空気２とが供給
されて燃焼する。前記バーナ４が燃焼する前にスチーム
ドラム６内の水蒸気は１００℃以上の温度になつてお
り、このスチームドラム６の水蒸気をエジエクター５に
流して、水素供給系１５，水素戻り系１７内を昇温す
る。系内でドレン化された水蒸気は、電磁弁２９から外
に放出される。
り具体的に説明する。システム起動時には、燃料改質装
置３内のバーナ４は、天然ガス１と燃焼空気２とが供給
されて燃焼する。前記バーナ４が燃焼する前にスチーム
ドラム６内の水蒸気は１００℃以上の温度になつてお
り、このスチームドラム６の水蒸気をエジエクター５に
流して、水素供給系１５，水素戻り系１７内を昇温す
る。系内でドレン化された水蒸気は、電磁弁２９から外
に放出される。
【００２２】次いで昇温後、エジエクター５には、１０
０％負荷の最高負荷運転に必要な流量の天然ガス１と水
蒸気とが制御弁８とスチームドラム６とから供給され、
原燃料供給系１４を経て反応管３ａに供給されて水素に
改質され、水素供給系１５により燃料電池１６のアノー
ド極１６ｂ入口の電磁弁３０まで供給される。一方、シ
ステムの負荷条件に適合した空気流量が、第１の空気供
給系１８により燃料電池１６のカソード極１６ａに供給
される。前記第１の空気供給系１８に取付けられている
空気流量検出器２４に流量が検出されると同時に、電磁
弁３０を開にして燃料電池１６のアノード極１６ｂに水
素を供給する。
０％負荷の最高負荷運転に必要な流量の天然ガス１と水
蒸気とが制御弁８とスチームドラム６とから供給され、
原燃料供給系１４を経て反応管３ａに供給されて水素に
改質され、水素供給系１５により燃料電池１６のアノー
ド極１６ｂ入口の電磁弁３０まで供給される。一方、シ
ステムの負荷条件に適合した空気流量が、第１の空気供
給系１８により燃料電池１６のカソード極１６ａに供給
される。前記第１の空気供給系１８に取付けられている
空気流量検出器２４に流量が検出されると同時に、電磁
弁３０を開にして燃料電池１６のアノード極１６ｂに水
素を供給する。
【００２３】燃料電池１６で消費して残つた水素リツチ
ガスは、電池排ガス戻り系２１により、バーナ４に供給
されバーナの燃焼用の燃料として使用される。例えば、
システムが１００％負荷運転から２５％負荷運転に変動
するときを考えた場合、第１の空気供給系１８に接続す
る空気放出系２０から７５％負荷分の空気が放出され、
水素供給系１５に接続する水素戻り系１７から７５％負
荷分の水素が、原燃料供給系１４に供給されると同時
に、第１の空気供給系１８上の制御弁９により、供給空
気量は減少されていく。このとき、第１の空気供給系１
８、水素供給系１５内の圧力検出器２６，２７で、カソ
ード極１６ａ，アノード極１６ｂの極間差圧を検出し、
空気放出系２０，水素戻り系１７上の制御弁１１，１２
で放出量を制御する。
ガスは、電池排ガス戻り系２１により、バーナ４に供給
されバーナの燃焼用の燃料として使用される。例えば、
システムが１００％負荷運転から２５％負荷運転に変動
するときを考えた場合、第１の空気供給系１８に接続す
る空気放出系２０から７５％負荷分の空気が放出され、
水素供給系１５に接続する水素戻り系１７から７５％負
荷分の水素が、原燃料供給系１４に供給されると同時
に、第１の空気供給系１８上の制御弁９により、供給空
気量は減少されていく。このとき、第１の空気供給系１
８、水素供給系１５内の圧力検出器２６，２７で、カソ
ード極１６ａ，アノード極１６ｂの極間差圧を検出し、
空気放出系２０，水素戻り系１７上の制御弁１１，１２
で放出量を制御する。
【００２４】２５％負荷から１００％負荷にシステムの
運転が変動した場合でも同様で、第２の空気供給系１９
から、第１の空気供給系１８に空気が増加されると同時
に、水素戻り系１７から原燃料供給系１４に供給してい
る水素量を減少させることにより負荷変動の対応ができ
る。第１の空気供給系１８，水素供給系１５に具備され
ている圧力検出器２６，２７で圧力を検出しながら制御
弁１０，１２の流量を制御する。このように、燃料電池
１６のカソード極１６ａ入口の空気供給系１８，１９、
空気放出系２０、およびアノード極１６ｂ入口の水素戻
り系１７の各ラインにより、空気，水素の流量が瞬時に
対応できるので、燃料電池システムの負荷変動運転が瞬
時にできる効果がある。
運転が変動した場合でも同様で、第２の空気供給系１９
から、第１の空気供給系１８に空気が増加されると同時
に、水素戻り系１７から原燃料供給系１４に供給してい
る水素量を減少させることにより負荷変動の対応ができ
る。第１の空気供給系１８，水素供給系１５に具備され
ている圧力検出器２６，２７で圧力を検出しながら制御
弁１０，１２の流量を制御する。このように、燃料電池
１６のカソード極１６ａ入口の空気供給系１８，１９、
空気放出系２０、およびアノード極１６ｂ入口の水素戻
り系１７の各ラインにより、空気，水素の流量が瞬時に
対応できるので、燃料電池システムの負荷変動運転が瞬
時にできる効果がある。
【００２５】エジエクター５から反応管３ａには、燃料
電池１６で消費される水素量分の天然ガスと水蒸気しか
供給されず、反応管３ａで改質された水素リツチガスが
再度反応管３ａに供給されるため、純度の高い水素が燃
料電池１６に供給され発電効率を高め、低コストの燃料
費で発電できる効果がある。なお、上記の実施例では、
空気供給系，水素供給系にそれぞれ圧力検出器，流量検
出器を備え、燃料改質装置に温度検出器を備えた第３の
発明の実施例について説明したが、本発明は、これに限
らず、圧力検出器，温度検出器を備えた第１の発明、流
量検出器，温度検出器を備えた第２の発明でも相応の効
果が得られるものである。
電池１６で消費される水素量分の天然ガスと水蒸気しか
供給されず、反応管３ａで改質された水素リツチガスが
再度反応管３ａに供給されるため、純度の高い水素が燃
料電池１６に供給され発電効率を高め、低コストの燃料
費で発電できる効果がある。なお、上記の実施例では、
空気供給系，水素供給系にそれぞれ圧力検出器，流量検
出器を備え、燃料改質装置に温度検出器を備えた第３の
発明の実施例について説明したが、本発明は、これに限
らず、圧力検出器，温度検出器を備えた第１の発明、流
量検出器，温度検出器を備えた第２の発明でも相応の効
果が得られるものである。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、燃料電池本体入口のカソード極，アノード極の極
間差圧を適正にし、システムの負荷運転に瞬時に対応で
きる燃料電池装置の制御装置を提供することができる。
また、低コストの燃料で高効率の発電を図ることがで
き、システム全体の運転を低コストにすることの可能な
燃料電池装置の制御装置を提供することができる。
れば、燃料電池本体入口のカソード極，アノード極の極
間差圧を適正にし、システムの負荷運転に瞬時に対応で
きる燃料電池装置の制御装置を提供することができる。
また、低コストの燃料で高効率の発電を図ることがで
き、システム全体の運転を低コストにすることの可能な
燃料電池装置の制御装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池装置のシステ
ム構成図である。
ム構成図である。
３ 燃料改質装置
３ａ 反応管
４ バーナ
５ エジエクター
６ スチームドラム
７，８，９，１０，１１，１２ 制御弁
１３ 制御装置
１４ 原燃料供給系
１５ 水素供給系
１６ 燃料電池
１６ａ カソード極
１６ｂ アノード極
１７ 水素戻り系
１８ 第１の空気供給系
１９ 第２の空気供給系
２０ 空気放出系
２１ 電池排ガス戻り系
２２ 天然ガス供給系
２３ 温度検出器
２４ 空気流量検出器
２５ 水素流量検出器
２６，２７ 圧力検出器
２８ 空気供給系
３０ 電磁弁
フロントページの続き
(72)発明者 池田 元一
神奈川県逗子市久木二丁目６番地 Ｂ−９
(72)発明者 奥田 誠
東京都葛飾区高砂三丁目２番７号−144
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料改質装置と、燃料電池本体とを有
し、この燃料改質装置に、天然ガスを供給する天然ガス
供給系および燃焼用空気を供給する空気供給系と、前記
燃料改質装置で製造した水素を前記燃料電池本体へ供給
する水素供給系と、前記燃料電池本体に燃焼用空気を供
給する空気供給系と、前記燃料電池本体側から前記燃料
改質装置側へ水素を戻す水素戻り系とを備えてなる燃料
電池装置において、前記燃料改質装置から前記燃料電池
本体に水素を供給する前記水素供給系、前記燃料電池本
体に空気を供給する空気供給系、前記燃料改質装置のバ
ーナ部に天然ガスを供給する天然ガス供給系、前記燃料
改質装置の反応部に天然ガスと水蒸気とを供給する原燃
料供給系、前記水素供給系の燃料電池本体入口部と前記
原燃料供給系とを接続する水素戻り系、および前記空気
供給系に接続する空気放出系の各系に、それぞれ制御弁
を設けるとともに、前記水素供給系の燃料電池本体入口
部系内の圧力を検出する圧力検出器と、前記空気供給系
の燃料電池本体入口部系内の圧力を検出する圧力検出器
とを設け、これらの圧力検出器により検出された系内圧
力を設定圧力と比較して、前記の天然ガス供給系，原燃
料供給系，水素供給系，空気供給系，水素戻り系，空気
放出系の各制御弁、および前記燃料改質装置に制御信号
を出力する制御装置を設けたことを特徴とする燃料電池
装置の制御装置。 - 【請求項２】 燃料改質装置と、燃料電池本体とを有
し、この燃料改質装置に、天然ガスを供給する天然ガス
供給系および燃焼用空気を供給する空気供給系と、前記
燃料改質装置で製造した水素を前記燃料電池本体へ供給
する水素供給系と、前記燃料電池本体に燃焼用空気を供
給する空気供給系と、前記燃料電池本体側から前記燃料
改質装置側へ水素を戻す水素戻り系とを備えてなる燃料
電池装置において、前記燃料改質装置から前記燃料電池
本体に水素を供給する前記水素供給系、前記燃料電池本
体に空気を供給する空気供給系、前記燃料改質装置のバ
ーナ部に天然ガスを供給する天然ガス供給系、前記燃料
改質装置の反応部に天然ガスと水蒸気とを供給する原燃
料供給系、前記水素供給系の燃料電池本体入口部と前記
原燃料供給系とを接続する水素戻り系、および前記空気
供給系に接続する空気放出系の各系に、それぞれ制御弁
を設けるとともに、前記水素供給系の燃料電池本体入口
部系内の流量を検出する水素流量検出器と、前記空気供
給系の燃料電池本体入口部系内の流量を検出する空気流
量検出器とを設け、これらの流量検出器により検出され
た系内流量を設定流量と比較して、前記の天然ガス供給
系，原燃料供給系，水素供給系，空気供給系，水素戻り
系，空気放出系の各制御弁、および前記燃料改質装置に
制御信号を出力する制御装置を設けたことを特徴とする
燃料電池装置の制御装置。 - 【請求項３】 燃料改質装置に温度検出器を設け、この
温度検出器により検出された温度を設定温度と比較し
て、制御装置から制御信号を出力することを特徴とする
請求項１または２記載のいずれかの燃料電池装置の制御
装置。 - 【請求項４】 水素供給系の燃料電池本体入口部系内の
流量を検出する水素流量検出器と、空気供給系の燃料電
池本体入口部系内の流量を検出する空気流量検出器と、
燃料改質装置内の温度を検出する温度検出器とを設け、
これらの流量，温度検出器により検出された流量，温度
を設定流量，温度と比較して、制御装置から制御信号を
出力することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置
の制御装置。 - 【請求項５】 燃料電池本体へ燃焼用空気を供給する空
気供給系は、圧力検出器，空気流量検出器および制御弁
を具備し、燃料電池本体のカソード極に接続する第１の
空気供給系と、この第１の空気供給系の圧力，流量検出
点の上流に接続する、制御弁を具備した第２の空気供給
系とからなり、第１の空気供給系の前記圧力，流量検出
点とカソード極入口との間に空気放出系を接続したこと
を特徴とする請求項１ないし４記載の燃料電池装置の制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150725A JPH053042A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 燃料電池装置の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150725A JPH053042A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 燃料電池装置の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053042A true JPH053042A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15503049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3150725A Pending JPH053042A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 燃料電池装置の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053042A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6833204B2 (en) | 2000-06-30 | 2004-12-21 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
| KR100818310B1 (ko) * | 2007-04-09 | 2008-04-02 | (주)덕양에너젠 | 수소 스테이션의 개질기 대체시스템 |
| DE112012000730T5 (de) | 2011-11-30 | 2013-12-19 | Panasonic Corporation | Direktoxidations-Brennstoffzellen-System |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP3150725A patent/JPH053042A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6833204B2 (en) | 2000-06-30 | 2004-12-21 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
| KR100818310B1 (ko) * | 2007-04-09 | 2008-04-02 | (주)덕양에너젠 | 수소 스테이션의 개질기 대체시스템 |
| DE112012000730T5 (de) | 2011-11-30 | 2013-12-19 | Panasonic Corporation | Direktoxidations-Brennstoffzellen-System |
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