JPH06150952A - 燃料電池起動時の流量制御方法及び装置 - Google Patents
燃料電池起動時の流量制御方法及び装置Info
- Publication number
- JPH06150952A JPH06150952A JP4302208A JP30220892A JPH06150952A JP H06150952 A JPH06150952 A JP H06150952A JP 4302208 A JP4302208 A JP 4302208A JP 30220892 A JP30220892 A JP 30220892A JP H06150952 A JPH06150952 A JP H06150952A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- fuel cell
- anode gas
- fuel
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池の起動時に燃料利用率を高めること
なく所定の負荷運転を行うことができ、かつ短時間に起
動し発電することができ、起動後短時間に運転温度まで
燃料電池を昇温できる燃料電池起動時の流量制御方法及
び装置を提供する。 【構成】 燃料電池８の起動時に、アノードガス流量、
アノードガス組成、及び燃料電池の電流を計測し、アノ
ードガス流量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流
から燃料利用率１１を算出し、燃料利用率が所定の最大
燃料利用率１０より高い場合に、アノードガス流量を増
やして燃料利用率１１を最大燃料利用率１０まで下げ
る。
なく所定の負荷運転を行うことができ、かつ短時間に起
動し発電することができ、起動後短時間に運転温度まで
燃料電池を昇温できる燃料電池起動時の流量制御方法及
び装置を提供する。 【構成】 燃料電池８の起動時に、アノードガス流量、
アノードガス組成、及び燃料電池の電流を計測し、アノ
ードガス流量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流
から燃料利用率１１を算出し、燃料利用率が所定の最大
燃料利用率１０より高い場合に、アノードガス流量を増
やして燃料利用率１１を最大燃料利用率１０まで下げ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置の制
御方法及び装置に係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型
燃料電池の起動時のアノードガスの流量制御方法及び装
置に関する。
御方法及び装置に係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型
燃料電池の起動時のアノードガスの流量制御方法及び装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に改質器を備えた溶融炭酸塩型の燃料電
池は、都市部のビルやマンション等に分散して設置し、
都市ガスを燃料として発電と冷暖房を行うことにより、
従来の送電に伴うロスを大幅に低減でき、かつ８０％以
上の熱効率を発揮できるシステムとして脚光を浴びてい
る。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に改質器を備えた溶融炭酸塩型の燃料電
池は、都市部のビルやマンション等に分散して設置し、
都市ガスを燃料として発電と冷暖房を行うことにより、
従来の送電に伴うロスを大幅に低減でき、かつ８０％以
上の熱効率を発揮できるシステムとして脚光を浴びてい
る。
【０００３】かかる発電装置は、改質器と燃料電池を備
え、改質器により燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により電気を発電し、その余熱により温水
を製造するものである。この燃料電池内での主な電池反
応は、 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ のアノード反
応と、 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ →ＣＯ3 2- のカソード反
応であり、全体としては水素（Ｈ2 ）が水（Ｈ2 Ｏ）に
変わる反応である。従って、燃料電池発電装置は本質的
に排ガスがクリーンであり、環境への影響が極めて少な
い。
え、改質器により燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により電気を発電し、その余熱により温水
を製造するものである。この燃料電池内での主な電池反
応は、 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ のアノード反
応と、 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ →ＣＯ3 2- のカソード反
応であり、全体としては水素（Ｈ2 ）が水（Ｈ2 Ｏ）に
変わる反応である。従って、燃料電池発電装置は本質的
に排ガスがクリーンであり、環境への影響が極めて少な
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】溶融炭酸塩型燃料電池
は原理的には上述したアノード反応により燃料である水
素を８０％以上反応させることができる。しかし、実用
的には、燃料電池内でのガスの拡散が完全ではないの
で、高い燃料利用率（例えば８０％以上）で運転すると
部分的に燃料が不足する反応部分ができ、この部分から
燃料電池の電極を損傷させてしまう問題点があった。
は原理的には上述したアノード反応により燃料である水
素を８０％以上反応させることができる。しかし、実用
的には、燃料電池内でのガスの拡散が完全ではないの
で、高い燃料利用率（例えば８０％以上）で運転すると
部分的に燃料が不足する反応部分ができ、この部分から
燃料電池の電極を損傷させてしまう問題点があった。
【０００５】一方、燃料電池発電装置は、都市部に分散
して設置されるため、負荷側の要求により短時間に起動
させ発電することが要望される。このため、起動時には
燃料電池が完全に昇温しきる前に、負荷をかけて発電を
開始し、その後、発電による反応熱で燃料電池を所定の
運転温度まで昇温させる手段が従来から用いられてい
た。かかる従来の燃料電池起動時の流量制御装置は、例
えば図３に示すように、負荷指令１に基づき必要な流量
信号２を設定するガス量設定器３と、このガス量設定器
により設定された流量信号２から運転中の流量信号４を
減算する減算器５と、この減算器５による減算結果を零
に近ずけるようにアノードガス流量を制御するガス量制
御器６とを備え、燃料電池の起動時に、改質器（図示せ
ず）から燃料電池８へ流れるアノードガス流量を計測
し、このアノードガス流量がガス量設定器３により設定
されたアノードガス流量になるように流量調節弁９が制
御されていた。
して設置されるため、負荷側の要求により短時間に起動
させ発電することが要望される。このため、起動時には
燃料電池が完全に昇温しきる前に、負荷をかけて発電を
開始し、その後、発電による反応熱で燃料電池を所定の
運転温度まで昇温させる手段が従来から用いられてい
た。かかる従来の燃料電池起動時の流量制御装置は、例
えば図３に示すように、負荷指令１に基づき必要な流量
信号２を設定するガス量設定器３と、このガス量設定器
により設定された流量信号２から運転中の流量信号４を
減算する減算器５と、この減算器５による減算結果を零
に近ずけるようにアノードガス流量を制御するガス量制
御器６とを備え、燃料電池の起動時に、改質器（図示せ
ず）から燃料電池８へ流れるアノードガス流量を計測
し、このアノードガス流量がガス量設定器３により設定
されたアノードガス流量になるように流量調節弁９が制
御されていた。
【０００６】しかし、かかる従来の制御手段では電池温
度が昇温しきっていない段階で負荷をかけて電流を取り
出すと、定格出力に達していないにもかかわらず燃料利
用率が高くなり過ぎ、所定負荷運転を行えないばかりか
燃料電池の電極を損傷させるおそれがある問題点があっ
た。
度が昇温しきっていない段階で負荷をかけて電流を取り
出すと、定格出力に達していないにもかかわらず燃料利
用率が高くなり過ぎ、所定負荷運転を行えないばかりか
燃料電池の電極を損傷させるおそれがある問題点があっ
た。
【０００７】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃
料電池の起動時に燃料利用率を高めることなく所定の負
荷運転を行うことができ、かつ短時間に起動し発電する
ことができる燃料電池起動時の流量制御方法及び装置を
提供することにある。更に本発明の目的は、起動後短時
間に運転温度まで燃料電池を昇温できる燃料電池起動時
の流量制御方法及び装置を提供することにある。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃
料電池の起動時に燃料利用率を高めることなく所定の負
荷運転を行うことができ、かつ短時間に起動し発電する
ことができる燃料電池起動時の流量制御方法及び装置を
提供することにある。更に本発明の目的は、起動後短時
間に運転温度まで燃料電池を昇温できる燃料電池起動時
の流量制御方法及び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】本発明によれば、燃料電
池の起動時に、アノードガス流量、アノードガス組成、
及び燃料電池の電流を計測し、前記アノードガス流量、
アノードガス組成、及び燃料電池の電流から燃料利用率
を算出し、前記燃料利用率が所定の最大燃料利用率より
高い場合に、アノードガス流量を増やして前記燃料利用
率を最大燃料利用率まで下げる、ことを特徴とする燃料
電池起動時の流量制御方法が提供される。
池の起動時に、アノードガス流量、アノードガス組成、
及び燃料電池の電流を計測し、前記アノードガス流量、
アノードガス組成、及び燃料電池の電流から燃料利用率
を算出し、前記燃料利用率が所定の最大燃料利用率より
高い場合に、アノードガス流量を増やして前記燃料利用
率を最大燃料利用率まで下げる、ことを特徴とする燃料
電池起動時の流量制御方法が提供される。
【０００９】更に本発明によれば、最大燃料利用率から
運転中の燃料利用率を減算する第１の減算器と、該第１
減算器による減算結果が負の場合にそれを正にするため
の流量信号を設定する第１のガス量設定器と、負荷指令
に基づき必要な流量信号を設定する第２のガス量設定器
と、前記第１ガス量設定器と第２ガス量設定器により設
定された流量信号を比較して大きい方の流量信号を選択
する高信号選択器と、該高信号選択器による流量信号か
ら運転中のアノードガス流量の流量信号を減算する第２
の減算器と、該第２減算器による減算結果を零に近ずけ
るようにアノードガス流量を制御するガス量制御器と、
を備えることを特徴とする燃料電池起動時の流量制御装
置が提供される。
運転中の燃料利用率を減算する第１の減算器と、該第１
減算器による減算結果が負の場合にそれを正にするため
の流量信号を設定する第１のガス量設定器と、負荷指令
に基づき必要な流量信号を設定する第２のガス量設定器
と、前記第１ガス量設定器と第２ガス量設定器により設
定された流量信号を比較して大きい方の流量信号を選択
する高信号選択器と、該高信号選択器による流量信号か
ら運転中のアノードガス流量の流量信号を減算する第２
の減算器と、該第２減算器による減算結果を零に近ずけ
るようにアノードガス流量を制御するガス量制御器と、
を備えることを特徴とする燃料電池起動時の流量制御装
置が提供される。
【００１０】本発明の好ましい実施例によれば、前記ガ
ス量制御器は、アノードガスラインに設けられた流量調
節弁と、該流量調節弁を制御する調節器とからなる。
又、前記第１ガス量設定器は、アノードガス流量が所定
の下限以下にならないように流量信号を設定する下限設
定器を更に備える。更に、前記第１ガス量設定器及びガ
ス量制御器は、比例制御及び積分制御を行うＰＩ制御器
である。又、前記第２ガス量設定器は、負荷指令に基づ
き所定の関数により必要な流量信号を設定する関数制御
器であるのがよい。
ス量制御器は、アノードガスラインに設けられた流量調
節弁と、該流量調節弁を制御する調節器とからなる。
又、前記第１ガス量設定器は、アノードガス流量が所定
の下限以下にならないように流量信号を設定する下限設
定器を更に備える。更に、前記第１ガス量設定器及びガ
ス量制御器は、比例制御及び積分制御を行うＰＩ制御器
である。又、前記第２ガス量設定器は、負荷指令に基づ
き所定の関数により必要な流量信号を設定する関数制御
器であるのがよい。
【００１１】
【作用】従来の起動手段で、起動時に定格出力に達して
いないにもかかわらず燃料利用率が高くなり過ぎる原因
は、燃料電池の温度が低いため燃料電池の電圧が低く、
所定の電池出力を得ようとすると、電圧が低いぶん大き
い電流を取り出す必要があり（出力＝電圧×電流）、結
果として上記アノード反応を右に進めることになり、大
量の水素を消耗し、燃料利用率が高くなるためであるこ
とがわかった。
いないにもかかわらず燃料利用率が高くなり過ぎる原因
は、燃料電池の温度が低いため燃料電池の電圧が低く、
所定の電池出力を得ようとすると、電圧が低いぶん大き
い電流を取り出す必要があり（出力＝電圧×電流）、結
果として上記アノード反応を右に進めることになり、大
量の水素を消耗し、燃料利用率が高くなるためであるこ
とがわかった。
【００１２】本発明は、かかる新規の知見に基づき、燃
料利用率が高くなり過ぎる場合には、アノードガス流量
を増やすことによって、アノード反応を抑制することな
く燃料利用率を下げるものである。すなわち、本発明に
よれば、燃料電池の起動時に、アノードガス流量、アノ
ードガス組成、及び燃料電池の電流を計測し、前記アノ
ードガス流量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流
から燃料利用率を算出し、前記燃料利用率が所定の最大
燃料利用率より高い場合に、アノードガス流量を増やし
て前記燃料利用率を最大燃料利用率まで下げることによ
って、燃料電池にアノードガスを大量に供給して電圧が
低いぶん大きい電流を取り出すことを可能にし、電池出
力を高め、併せて燃料利用率を下げることができる。更
に、かかる本発明の方法によればアノード反応が燃料利
用率を下げずに積極的に行われ、その結果アノード反応
により反応熱が多量に発生し、この反応熱により燃料電
池を短時間に運転温度まで昇温することができる。
料利用率が高くなり過ぎる場合には、アノードガス流量
を増やすことによって、アノード反応を抑制することな
く燃料利用率を下げるものである。すなわち、本発明に
よれば、燃料電池の起動時に、アノードガス流量、アノ
ードガス組成、及び燃料電池の電流を計測し、前記アノ
ードガス流量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流
から燃料利用率を算出し、前記燃料利用率が所定の最大
燃料利用率より高い場合に、アノードガス流量を増やし
て前記燃料利用率を最大燃料利用率まで下げることによ
って、燃料電池にアノードガスを大量に供給して電圧が
低いぶん大きい電流を取り出すことを可能にし、電池出
力を高め、併せて燃料利用率を下げることができる。更
に、かかる本発明の方法によればアノード反応が燃料利
用率を下げずに積極的に行われ、その結果アノード反応
により反応熱が多量に発生し、この反応熱により燃料電
池を短時間に運転温度まで昇温することができる。
【００１３】
【実施例】以下本発明の好ましい実施例を図面を参照し
て説明する。図１は、従来の流量制御方法による燃料電
池の起動特性を示す図である。この図において、横軸ｔ
は起動後の経過時間（Ｈｒ）であり、縦軸のＴは燃料電
池の温度（℃）、Ｖは燃料電池（単セル）の電圧（ｍｍ
Ｖ）、Ｕｆは燃料利用率（％）を示している。
て説明する。図１は、従来の流量制御方法による燃料電
池の起動特性を示す図である。この図において、横軸ｔ
は起動後の経過時間（Ｈｒ）であり、縦軸のＴは燃料電
池の温度（℃）、Ｖは燃料電池（単セル）の電圧（ｍｍ
Ｖ）、Ｕｆは燃料利用率（％）を示している。
【００１４】この図から明らかなように、起動時には燃
料電池の温度Ｔが低く、例えば起動後４時間で約６００
℃であり、起動後約８時間で計画温度の約７００℃に達
している。また、起動時には燃料電池の電圧Ｖも低く、
やはり起動後約８時間経過して一定の値（約８３０ｍ
Ｖ）に達している。起動時に電圧が低いのは、温度が低
いためである。従って、この段階で所定の電池出力を得
ようとすると、電圧が低いぶん大きい電流を取り出す必
要があり（出力＝電圧×電流）、結果として前述したア
ノード反応を右に進めることになり、大量の水素を消耗
し、燃料利用率が高くなる。図１において起動時の燃料
利用率Ｕｆが高く、特に初期には８０％以上になるの
は、かかる原因によるものと考えられる。
料電池の温度Ｔが低く、例えば起動後４時間で約６００
℃であり、起動後約８時間で計画温度の約７００℃に達
している。また、起動時には燃料電池の電圧Ｖも低く、
やはり起動後約８時間経過して一定の値（約８３０ｍ
Ｖ）に達している。起動時に電圧が低いのは、温度が低
いためである。従って、この段階で所定の電池出力を得
ようとすると、電圧が低いぶん大きい電流を取り出す必
要があり（出力＝電圧×電流）、結果として前述したア
ノード反応を右に進めることになり、大量の水素を消耗
し、燃料利用率が高くなる。図１において起動時の燃料
利用率Ｕｆが高く、特に初期には８０％以上になるの
は、かかる原因によるものと考えられる。
【００１５】図２は、かかる新規の知見に基づく本発明
の燃料電池起動時の流量制御装置を示す全体構成図であ
る。図２において、本発明の燃料電池起動時の流量制御
装置は、最大燃料利用率１０から運転中の燃料利用率１
１を減算する第１の減算器２０と、この第１減算器２０
による減算結果が負の場合にそれを正にするための流量
信号１２を設定する第１のガス量設定器２１と、負荷指
令１３に基づき必要な流量信号１４を設定する第２のガ
ス量設定器２２と、第１ガス量設定器２１と第２ガス量
設定器２２により設定された流量信号１２、１４を比較
して大きい方の流量信号（起動時には１２）を選択する
高信号選択器２３と、この高信号選択器２３による流量
信号１５から運転中のアノードガス流量の流量信号１６
を減算する第２の減算器２４と、この第２減算器２４に
よる減算結果を零に近ずけるようにアノードガス流量を
制御するガス量制御器２５とを備える。最大燃料利用率
１０は、最大利用率設定器２６により設定される。ま
た、負荷指令１３は燃料電池発電装置全体の制御装置
（図示せず）により別途設定される。なお、上述した各
制御機器間の信号は電気信号である。
の燃料電池起動時の流量制御装置を示す全体構成図であ
る。図２において、本発明の燃料電池起動時の流量制御
装置は、最大燃料利用率１０から運転中の燃料利用率１
１を減算する第１の減算器２０と、この第１減算器２０
による減算結果が負の場合にそれを正にするための流量
信号１２を設定する第１のガス量設定器２１と、負荷指
令１３に基づき必要な流量信号１４を設定する第２のガ
ス量設定器２２と、第１ガス量設定器２１と第２ガス量
設定器２２により設定された流量信号１２、１４を比較
して大きい方の流量信号（起動時には１２）を選択する
高信号選択器２３と、この高信号選択器２３による流量
信号１５から運転中のアノードガス流量の流量信号１６
を減算する第２の減算器２４と、この第２減算器２４に
よる減算結果を零に近ずけるようにアノードガス流量を
制御するガス量制御器２５とを備える。最大燃料利用率
１０は、最大利用率設定器２６により設定される。ま
た、負荷指令１３は燃料電池発電装置全体の制御装置
（図示せず）により別途設定される。なお、上述した各
制御機器間の信号は電気信号である。
【００１６】ガス量制御器２５は、アノードガスライン
１７に設けられた流量調節弁２７と、この流量調節弁２
７を制御する調節器２８とからなる。この流量調節弁２
７は、空圧制御弁であるのが好ましい。これにより、大
流量の流量調節弁２７を容易に制御することができる。
第１ガス量設定器２１は、設定される流量信号１２が所
定の下限以下にならないように下限設定器２１ａを更に
備える。この下限設定器２１ａは高信号選択器２３によ
る流量信号１５をバイアス設定器２１ｂを介してフィー
ドバックし、流量信号１５よりわずかに低い流量信号１
２の下限を設定する。これにより、アノードガス流量が
低くなりすぎ、燃料利用率が異常に高くなるのを防ぐこ
とができる。
１７に設けられた流量調節弁２７と、この流量調節弁２
７を制御する調節器２８とからなる。この流量調節弁２
７は、空圧制御弁であるのが好ましい。これにより、大
流量の流量調節弁２７を容易に制御することができる。
第１ガス量設定器２１は、設定される流量信号１２が所
定の下限以下にならないように下限設定器２１ａを更に
備える。この下限設定器２１ａは高信号選択器２３によ
る流量信号１５をバイアス設定器２１ｂを介してフィー
ドバックし、流量信号１５よりわずかに低い流量信号１
２の下限を設定する。これにより、アノードガス流量が
低くなりすぎ、燃料利用率が異常に高くなるのを防ぐこ
とができる。
【００１７】第１ガス量設定器２１及びガス量制御器２
５は、比例制御（Ｐ動作）及び積分制御（Ｉ動作）を行
うＰＩ制御器であるのがよい。これにより、偏差がある
限り操作量を変化させ、偏差がなくなったところで安定
し、制御量を常に目標近くに維持することができる。第
２ガス量設定器２２は、負荷指令に基づき所定の関数
（Ｆ(X) ）により必要な流量信号を設定する関数制御器
であるのがよい。これにより、燃料電池特有の関数を予
めＦ(X) として設定することにより、必要な流量信号１
４を正確に設定することができる。
５は、比例制御（Ｐ動作）及び積分制御（Ｉ動作）を行
うＰＩ制御器であるのがよい。これにより、偏差がある
限り操作量を変化させ、偏差がなくなったところで安定
し、制御量を常に目標近くに維持することができる。第
２ガス量設定器２２は、負荷指令に基づき所定の関数
（Ｆ(X) ）により必要な流量信号を設定する関数制御器
であるのがよい。これにより、燃料電池特有の関数を予
めＦ(X) として設定することにより、必要な流量信号１
４を正確に設定することができる。
【００１８】本発明の燃料電池起動時の流量制御方法に
よれば、上記構成の制御装置は、以下のように作動す
る。先ず、燃料電池の起動時のアノードガス流量、アノ
ードガス組成、及び燃料電池の電流を計測する。かかる
計測は、従来周知の流量計、濃度計、電流計を用いて計
測することができる。次いで、計測されたアノードガス
流量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流から運転
中の燃料利用率１１を算出し、この燃料利用率１１が所
定の最大燃料利用率１０より高い場合に、第１減算器２
０により最大燃料利用率１０から運転中の燃料利用率１
１を減算し、この減算結果（起動時には負になる）を正
にするための流量信号１２を第１ガス量設定器２１によ
り設定し、第２ガス量設定器２２により負荷指令１３に
基づき必要な流量信号１４を設定し、高信号選択器２３
により流量信号１２、１４を比較して大きい方の流量信
号（１２）を選択し、第２の減算器２４により高信号選
択器２３による流量信号１５から運転中のアノードガス
流量の流量信号１６を減算し、ガス量制御器２５により
第２減算器２４による減算結果を零に近ずけるようにア
ノードガス流量を制御することによって、アノードガス
ライン１７を流れる実際のアノードガス流量を増やして
燃料利用率１１を最大燃料利用率１０まで下げる。これ
により、燃料電池にアノードガスを大量に供給して電圧
が低いぶん大きい電流を取り出すことが可能になり、結
果として電池出力を高め、併せて燃料利用率を下げるこ
とができる。又、アノード反応が燃料利用率を下げずに
積極的に行われる結果、アノード反応により反応熱が多
量に発生し、この反応熱により燃料電池を短時間に所定
の運転温度まで昇温することができる。
よれば、上記構成の制御装置は、以下のように作動す
る。先ず、燃料電池の起動時のアノードガス流量、アノ
ードガス組成、及び燃料電池の電流を計測する。かかる
計測は、従来周知の流量計、濃度計、電流計を用いて計
測することができる。次いで、計測されたアノードガス
流量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流から運転
中の燃料利用率１１を算出し、この燃料利用率１１が所
定の最大燃料利用率１０より高い場合に、第１減算器２
０により最大燃料利用率１０から運転中の燃料利用率１
１を減算し、この減算結果（起動時には負になる）を正
にするための流量信号１２を第１ガス量設定器２１によ
り設定し、第２ガス量設定器２２により負荷指令１３に
基づき必要な流量信号１４を設定し、高信号選択器２３
により流量信号１２、１４を比較して大きい方の流量信
号（１２）を選択し、第２の減算器２４により高信号選
択器２３による流量信号１５から運転中のアノードガス
流量の流量信号１６を減算し、ガス量制御器２５により
第２減算器２４による減算結果を零に近ずけるようにア
ノードガス流量を制御することによって、アノードガス
ライン１７を流れる実際のアノードガス流量を増やして
燃料利用率１１を最大燃料利用率１０まで下げる。これ
により、燃料電池にアノードガスを大量に供給して電圧
が低いぶん大きい電流を取り出すことが可能になり、結
果として電池出力を高め、併せて燃料利用率を下げるこ
とができる。又、アノード反応が燃料利用率を下げずに
積極的に行われる結果、アノード反応により反応熱が多
量に発生し、この反応熱により燃料電池を短時間に所定
の運転温度まで昇温することができる。
【００１９】
【発明の効果】従って、本発明の方法及び装置によれ
ば、燃料電池の起動時に燃料利用率を高めることなく所
定の負荷運転を行うことができ、かつ短時間に起動し発
電することができ、併せて起動後短時間に運転温度まで
燃料電池を昇温することができる。
ば、燃料電池の起動時に燃料利用率を高めることなく所
定の負荷運転を行うことができ、かつ短時間に起動し発
電することができ、併せて起動後短時間に運転温度まで
燃料電池を昇温することができる。
【図１】従来の流量制御方法による燃料電池の起動特性
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池起動時の流量制御装置を示す
全体構成図である。
全体構成図である。
【図３】従来の燃料電池起動時の流量制御装置の構成図
である。
である。
１ 負荷指令 ２ 流量信号 ３ ガス量設定器 ４ 流量信号 ５ 減算器 ６ ガス量制御器 ７ 改質器 ８ 燃料電池 ９ 流量調節弁 １０ 最大燃料利用率 １１ 運転中の燃料利用率 １２ 流量信号 １３ 負荷指令 １４、１５ 流量信号 １６ 運転中のアノードガス流量の流量信号 １７ アノードガスライン ２０ 第１減算器 ２１ 第１ガス量設定器 ２１ａ 下限設定器 ２１ｂ バイアス設定器 ２２ 第２ガス量設定器 ２３ 高信号選択器 ２４ 第２減算器 ２５ ガス量制御器 ２６ 最大利用率設定器 ２７ 流量調節弁 ２８ 調節器
Claims (6)
- 【請求項１】 燃料電池の起動時に、アノードガス流
量、アノードガス組成、及び燃料電池の電流を計測し、 前記アノードガス流量、アノードガス組成、及び燃料電
池の電流から燃料利用率を算出し、 前記燃料利用率が所定の最大燃料利用率より高い場合
に、アノードガス流量を増やして前記燃料利用率を最大
燃料利用率まで下げる、ことを特徴とする燃料電池起動
時の流量制御方法。 - 【請求項２】 最大燃料利用率信号から運転中の燃料利
用率信号を減算する第１の減算器と、該第１減算器によ
る減算結果が負の場合にそれを正にするための流量信号
を設定する第１のガス量設定器と、負荷指令に基づき必
要な流量信号を設定する第２のガス量設定器と、前記第
１ガス量設定器と第２ガス量設定器により設定された流
量信号を比較して大きい方の流量信号を選択する高信号
選択器と、該高信号選択器による流量信号から運転中の
アノードガス流量の流量信号を減算する第２の減算器
と、該第２減算器による減算結果を零に近ずけるように
アノードガス流量を制御するガス量制御器と、を備える
ことを特徴とする燃料電池起動時の流量制御装置。 - 【請求項３】 前記ガス量制御器は、アノードガスライ
ンに設けられた流量調節弁と、該流量調節弁を制御する
調節器とからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の
燃料電池起動時の流量制御装置。 - 【請求項４】 前記第１ガス量設定器は、アノードガス
流量が所定の下限以下にならないように流量信号を設定
する下限設定器を更に備える、ことを特徴とする請求項
２に記載の燃料電池起動時の流量制御装置。 - 【請求項５】 前記第１ガス量設定器及びガス量制御器
は、比例制御及び積分制御を行うＰＩ制御器である、こ
とを特徴とする請求項２に記載の燃料電池起動時の流量
制御装置。 - 【請求項６】 前記第２ガス量設定器は、負荷指令に基
づき所定の関数により必要な流量信号を設定する関数制
御器である、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電
池起動時の流量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30220892A JP3399566B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30220892A JP3399566B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06150952A true JPH06150952A (ja) | 1994-05-31 |
| JP3399566B2 JP3399566B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=17906257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30220892A Expired - Fee Related JP3399566B2 (ja) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3399566B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003504807A (ja) * | 1999-06-30 | 2003-02-04 | バラード パワー システムズ インコーポレイティド | ポリマー電解質を有する燃料電池の温度を上昇させるための方法および装置 |
| US6520273B1 (en) | 1998-05-14 | 2003-02-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cells system and electric car mounting it and starting control method for fuel cell system |
| JP2004192973A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Sony Corp | 燃料電池システム及び燃料電池運転方法 |
| WO2005060036A1 (en) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and gas control method |
| WO2007142245A1 (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| WO2010122868A1 (ja) * | 2009-04-24 | 2010-10-28 | 京セラ株式会社 | 燃料電池装置 |
-
1992
- 1992-11-12 JP JP30220892A patent/JP3399566B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6520273B1 (en) | 1998-05-14 | 2003-02-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cells system and electric car mounting it and starting control method for fuel cell system |
| KR100385193B1 (ko) * | 1998-05-14 | 2003-05-27 | 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 | 연료전지 시스템 및 이것을 탑재한 전기자동차 그리고연료전지 시스템의 기동제어방법 |
| JP2003504807A (ja) * | 1999-06-30 | 2003-02-04 | バラード パワー システムズ インコーポレイティド | ポリマー電解質を有する燃料電池の温度を上昇させるための方法および装置 |
| JP2004192973A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Sony Corp | 燃料電池システム及び燃料電池運転方法 |
| JP4590819B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2010-12-01 | ソニー株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池運転方法 |
| CN100407489C (zh) * | 2003-12-15 | 2008-07-30 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统以及气体控制方法 |
| WO2005060036A1 (en) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and gas control method |
| US7993789B2 (en) | 2003-12-15 | 2011-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and gas control method |
| WO2007142245A1 (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
| US8557464B2 (en) | 2006-06-09 | 2013-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel supply system having regulating device for supplying fuel gas to an anode |
| DE112007001372B4 (de) * | 2006-06-09 | 2015-02-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem |
| WO2010122868A1 (ja) * | 2009-04-24 | 2010-10-28 | 京セラ株式会社 | 燃料電池装置 |
| JP5597628B2 (ja) * | 2009-04-24 | 2014-10-01 | 京セラ株式会社 | 燃料電池装置 |
| US9219283B2 (en) | 2009-04-24 | 2015-12-22 | Kyocera Corporation | Method for controlling fuel cell device during power generation start by controlling power conditioner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3399566B2 (ja) | 2003-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2511866B2 (ja) | 燃料電池発電システム及びその起動方法 | |
| US8470484B2 (en) | Fuel cell system | |
| US8092953B2 (en) | Fuel cell system and method of operating the fuel cell system | |
| JP3661826B2 (ja) | 燃料電池発電制御方法 | |
| JP3399566B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPH11154529A (ja) | リン酸型燃料電池の停止方法及びリン酸型燃料電池 | |
| JP2002093442A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| CN110661019B (zh) | 一种ht-pem甲醇水燃料电池燃烧室供氧风机的控制系统及方法 | |
| JP2671523B2 (ja) | 燃料電池発電装置の運転制御方法 | |
| JPH08306379A (ja) | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 | |
| JP3530458B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池の起動方法及びその装置 | |
| JPH09161832A (ja) | 燃料電池発電装置とその運転方法及び運転制御方法 | |
| JPH05251101A (ja) | 燃料電池発電装置およびその運転起動方法 | |
| JP2013157189A (ja) | エネルギー管理装置 | |
| JPS60172175A (ja) | 燃料電池システムの負荷制御装置 | |
| JPS63236269A (ja) | 燃料電池制御方法 | |
| JP2002063924A (ja) | 熱電併給型燃料電池発電装置およびその運転方法 | |
| JP2814706B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2002158019A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| CN114483308B (zh) | 一种基于可再生能源发电的可调峰发电系统及调峰方法 | |
| JPH02168571A (ja) | 燃料電池発電装置の制御方法 | |
| JP2002008697A (ja) | 燃料電池システムの運転起動方法およびその装置 | |
| JP4176354B2 (ja) | 燃料及び水供給量制御装置、燃料及び水供給量制御方法及び電力供給システム | |
| JPH05303971A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム | |
| JPH117972A (ja) | 燃料電池発電装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |