JPH06231786A - 燃料電池制御装置 - Google Patents
燃料電池制御装置Info
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- JPH06231786A JPH06231786A JP50A JP1525093A JPH06231786A JP H06231786 A JPH06231786 A JP H06231786A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 1525093 A JP1525093 A JP 1525093A JP H06231786 A JPH06231786 A JP H06231786A
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- flow rate
- recirculation
- gas
- fuel cell
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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
- 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】 ガス密度を考慮に入れた再循環燃料流量の制
御を行い、燃料電池制御装置の信頼性を高める。 【構成】 燃料電池８の発電電流を検出する電流検出器
２１と、予め求められた関数に基づいて検出された電流
値を再循環流量目標値へ変換する再循環流量目標値演算
器２２と、再循環流量目標値演算器２２で変換された再
循環流量目標値と再循環流量検出器１９による測定値と
を比較し偏差信号を出力する比較器２３と、この偏差信
号に基づいて前記再循環流量制御弁１８への開度制御信
号を演算するＰＩＤ制御演算器２４とを設ける。
御を行い、燃料電池制御装置の信頼性を高める。 【構成】 燃料電池８の発電電流を検出する電流検出器
２１と、予め求められた関数に基づいて検出された電流
値を再循環流量目標値へ変換する再循環流量目標値演算
器２２と、再循環流量目標値演算器２２で変換された再
循環流量目標値と再循環流量検出器１９による測定値と
を比較し偏差信号を出力する比較器２３と、この偏差信
号に基づいて前記再循環流量制御弁１８への開度制御信
号を演算するＰＩＤ制御演算器２４とを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電プラント
の制御装置に係り、特に再循環ブロワの過負荷を防止し
つつ充分な再循環流量を確保し、安定した運転を確保し
得るように燃料ガスの再循環流量を制御する燃料電池制
御装置に関するものである。
の制御装置に係り、特に再循環ブロワの過負荷を防止し
つつ充分な再循環流量を確保し、安定した運転を確保し
得るように燃料ガスの再循環流量を制御する燃料電池制
御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、代表的な燃料電池発電プラント
の一例を示した系統図であり、図中、符号１が燃料電池
発電プラントである。図９において、天然ガス等の原燃
料は原燃料制御弁２を介して改質器３に供給され、同じ
く改質用蒸気流量調節弁４を介して改質器３に供給され
る改質用蒸気とともに触媒の下で加熱され、水素含有率
の高い改質燃料となる（以下、かかる作用を改質と称す
る）。
の一例を示した系統図であり、図中、符号１が燃料電池
発電プラントである。図９において、天然ガス等の原燃
料は原燃料制御弁２を介して改質器３に供給され、同じ
く改質用蒸気流量調節弁４を介して改質器３に供給され
る改質用蒸気とともに触媒の下で加熱され、水素含有率
の高い改質燃料となる（以下、かかる作用を改質と称す
る）。
【０００３】次に、この改質された燃料は高温変成器
５、低温変成器６を経て一酸化炭素が除去される。そし
て、この改質燃料は改質燃料制御弁７によりその流量が
制御されて燃料電池８の燃料極８Ｂに流入し、ここで電
気エネルギーとして一部が消費され、残りは前述の改質
器３のメインバーナ９で燃焼して改質器３の加熱用燃料
ガスとなり、燃料電池８の酸化剤極（以下、空気極と称
する）８Ａからの排ガスと合流し、燃焼器１０を経てタ
ーボコンプレッサ１１のタービン１２に流入して、これ
に連結したコンプレッサ１３を駆動する。
５、低温変成器６を経て一酸化炭素が除去される。そし
て、この改質燃料は改質燃料制御弁７によりその流量が
制御されて燃料電池８の燃料極８Ｂに流入し、ここで電
気エネルギーとして一部が消費され、残りは前述の改質
器３のメインバーナ９で燃焼して改質器３の加熱用燃料
ガスとなり、燃料電池８の酸化剤極（以下、空気極と称
する）８Ａからの排ガスと合流し、燃焼器１０を経てタ
ーボコンプレッサ１１のタービン１２に流入して、これ
に連結したコンプレッサ１３を駆動する。
【０００４】また、このコンプレッサ１３からの吐出空
気は空気制御弁１４によってその流量が制御されて燃料
電池８の空気極８Ａに供給され、空気中の酸素の一部は
燃料極８Ｂの水素と反応し消費され、残りは空気極８Ａ
から排出されて、前述の改質器３のメインバーナ９から
の排ガスと合流し、燃焼器１０を経由してターボコンプ
レッサ１１のタービン１２を駆動するために使用され
る。
気は空気制御弁１４によってその流量が制御されて燃料
電池８の空気極８Ａに供給され、空気中の酸素の一部は
燃料極８Ｂの水素と反応し消費され、残りは空気極８Ａ
から排出されて、前述の改質器３のメインバーナ９から
の排ガスと合流し、燃焼器１０を経由してターボコンプ
レッサ１１のタービン１２を駆動するために使用され
る。
【０００５】一方、燃料電池８は、燃料極８Ｂに供給さ
れる改質燃料の水素と空気極８Ａに供給される空気中の
酸素との触媒反応によって、空気極８Ａを正極、燃料極
８Ｂを負極として電気エネルギーを発生する。この電気
エネルギーである直流出力を両極８Ａ、８Ｂ間に接続さ
れた変換器１５に供給し、ここで交流に変換し交流電力
として電力系統の電気的負荷へ供給する。
れる改質燃料の水素と空気極８Ａに供給される空気中の
酸素との触媒反応によって、空気極８Ａを正極、燃料極
８Ｂを負極として電気エネルギーを発生する。この電気
エネルギーである直流出力を両極８Ａ、８Ｂ間に接続さ
れた変換器１５に供給し、ここで交流に変換し交流電力
として電力系統の電気的負荷へ供給する。
【０００６】このようにして、燃料極８Ｂに供給される
改質燃料と空気極８Ａに供給される空気は、電気的負荷
により吸収された水素と酸素が反応して水となり、残り
の未反応分が両極（８Ａ、８Ｂ）の出口側から排出され
ることになる。そして、燃料極８Ｂから排出される燃料
ガスは、再循環ライン１６により再度燃料電池８の入口
に戻してさらに未反応分の水素を再利用することで、燃
料電池の効率を上昇させている。すなわち、燃料極８Ｂ
からの排ガスは、改質器３の燃焼用燃料として改質器３
のメインバーナ９に流れるラインと、水素の再利用のた
めに燃料電池８の入口に戻す再循環ライン１６の二つに
分流される構成となっている。
改質燃料と空気極８Ａに供給される空気は、電気的負荷
により吸収された水素と酸素が反応して水となり、残り
の未反応分が両極（８Ａ、８Ｂ）の出口側から排出され
ることになる。そして、燃料極８Ｂから排出される燃料
ガスは、再循環ライン１６により再度燃料電池８の入口
に戻してさらに未反応分の水素を再利用することで、燃
料電池の効率を上昇させている。すなわち、燃料極８Ｂ
からの排ガスは、改質器３の燃焼用燃料として改質器３
のメインバーナ９に流れるラインと、水素の再利用のた
めに燃料電池８の入口に戻す再循環ライン１６の二つに
分流される構成となっている。
【０００７】上記燃料電池発電プラントにおいて、最も
重要な役割を占める燃料電池８は、停止、駆動途中等い
かなる状態においても、下記に示すような最良の状態を
保つ必要がある。
重要な役割を占める燃料電池８は、停止、駆動途中等い
かなる状態においても、下記に示すような最良の状態を
保つ必要がある。
【０００８】この燃料電池８の中で重要な成分となって
いるのが白金触媒であり、この白金触媒にとって好まし
い条件は常に微少の電力を発生している状態、すなわち
発電状態にしておくことである。そして、これらを満足
させるために、燃料電池発電プラントの停止時、起動途
中等における保全制御、および低負荷領域における過電
圧抑制制御等を燃料極８Ｂの再循環ライン１６を用いて
行う必要がある。
いるのが白金触媒であり、この白金触媒にとって好まし
い条件は常に微少の電力を発生している状態、すなわち
発電状態にしておくことである。そして、これらを満足
させるために、燃料電池発電プラントの停止時、起動途
中等における保全制御、および低負荷領域における過電
圧抑制制御等を燃料極８Ｂの再循環ライン１６を用いて
行う必要がある。
【０００９】次に、再循環ライン１６の構成および従来
の制御方法について述べる。
の制御方法について述べる。
【００１０】図９に示すように、燃料極側の再循環ライ
ン１６は、燃料電池８の燃料極８Ｂの出口側から再循環
ブロワ１７により排燃料の一部を再循環流量制御弁１８
を経由して燃料極８Ｂの入口側へ戻すよう構成されてい
る。
ン１６は、燃料電池８の燃料極８Ｂの出口側から再循環
ブロワ１７により排燃料の一部を再循環流量制御弁１８
を経由して燃料極８Ｂの入口側へ戻すよう構成されてい
る。
【００１１】図１０は、再循環ライン１６に関するプラ
ント機器の動作を示すものである。すなわち、再循環ブ
ロワ１７の起動回転数は起動と同時に定格回転数まで上
昇する。そして、再循環ライン１６に設置されている再
循環流量検出器１９による流量値が目標値と一致するよ
う再循環流量制御弁１８が開度制御されることにより、
再循環流量制御が行われる。
ント機器の動作を示すものである。すなわち、再循環ブ
ロワ１７の起動回転数は起動と同時に定格回転数まで上
昇する。そして、再循環ライン１６に設置されている再
循環流量検出器１９による流量値が目標値と一致するよ
う再循環流量制御弁１８が開度制御されることにより、
再循環流量制御が行われる。
【００１２】ところで、オリフィス流量計で差圧Ｐを検
出した場合、体積流量Ｑとガス密度ρとの関係は、 Ｑ＝α×（Ｐ／ρ）1/2 （ m3 ／ｈ） ……（１） で表される。式中、αは流量係数である。
出した場合、体積流量Ｑとガス密度ρとの関係は、 Ｑ＝α×（Ｐ／ρ）1/2 （ m3 ／ｈ） ……（１） で表される。式中、αは流量係数である。
【００１３】この式から明らかなように、ガス密度ρを
固定値とした場合、体積流量Ｑは差圧Ｐの変化によって
のみ可変となる。従来はガス密度ρを固定値として体積
流量Ｑが所定値となるように、すなわち検出値である差
圧Ｐが一定となるよう制御されていた。しかしながら、
ガス密度ρが変化すれば、オリフィスで検出された差圧
Ｐが一定であっても体積流量Ｑに大きな影響を与えるこ
ととなる。
固定値とした場合、体積流量Ｑは差圧Ｐの変化によって
のみ可変となる。従来はガス密度ρを固定値として体積
流量Ｑが所定値となるように、すなわち検出値である差
圧Ｐが一定となるよう制御されていた。しかしながら、
ガス密度ρが変化すれば、オリフィスで検出された差圧
Ｐが一定であっても体積流量Ｑに大きな影響を与えるこ
ととなる。
【００１４】一般に、燃料電池８に入る燃料ラインに
は、停止から発電前までのほとんどの時間は圧力保持の
ための窒素（密度；1.25kg/m3 (0℃,760mmHg))が循環し
ている。一方、発電時には水素（密度；0.09kg/m3 (0
℃,760mmHg))が循環することになり、発電前と発電中と
では再循環ライン１６のガスの密度に約14倍の差がでて
くる。
は、停止から発電前までのほとんどの時間は圧力保持の
ための窒素（密度；1.25kg/m3 (0℃,760mmHg))が循環し
ている。一方、発電時には水素（密度；0.09kg/m3 (0
℃,760mmHg))が循環することになり、発電前と発電中と
では再循環ライン１６のガスの密度に約14倍の差がでて
くる。
【００１５】したがって、発電前の状態から発電状態に
入るときに、差圧Ｐを再循環流量制御弁１８の制御によ
りほとんど一定に制御した場合、実際に再循環ライン１
６に流れる再循環流量Ｑは、水素濃度の上昇により増大
することとなる（分母のρが小さくなるため）。このと
き、低負荷時に流せる最大再循環流量を再循環流量目標
値にしていると、つまり密度の大きいときに最大流量設
定値を合わせると、図１１に示すように、再循環ブロワ
１７に流れる再循環流量が上昇し、それとともに再循環
ブロワ起動電流が上昇することとなり、過負荷状態にな
ることがあった。
入るときに、差圧Ｐを再循環流量制御弁１８の制御によ
りほとんど一定に制御した場合、実際に再循環ライン１
６に流れる再循環流量Ｑは、水素濃度の上昇により増大
することとなる（分母のρが小さくなるため）。このと
き、低負荷時に流せる最大再循環流量を再循環流量目標
値にしていると、つまり密度の大きいときに最大流量設
定値を合わせると、図１１に示すように、再循環ブロワ
１７に流れる再循環流量が上昇し、それとともに再循環
ブロワ起動電流が上昇することとなり、過負荷状態にな
ることがあった。
【００１６】逆に、発電中の最大再循環流量を再循環流
量目標値として制御を行うと、低負荷時または起動途中
等の領域では本来流せる流量よりも少ない流量を流す結
果となり、再循環ライン１６の有効性が劣る結果となっ
ていた。
量目標値として制御を行うと、低負荷時または起動途中
等の領域では本来流せる流量よりも少ない流量を流す結
果となり、再循環ライン１６の有効性が劣る結果となっ
ていた。
【００１７】このような状態は発電前と発電中ばかりで
なく発電中の発電負荷変化時にも同じようなことが言え
る。つまり、発電負荷を増大させると、水素の消費量が
多くなり、燃料極出口の水素濃度も少なくなる。また負
荷の変化に伴い水素濃度も変化していることになる。
なく発電中の発電負荷変化時にも同じようなことが言え
る。つまり、発電負荷を増大させると、水素の消費量が
多くなり、燃料極出口の水素濃度も少なくなる。また負
荷の変化に伴い水素濃度も変化していることになる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のように再循環ガスの密度を計算に入れずに流量制御を
行うと、発電負荷100%時の最大再循環流量を再循環流量
目標値として制御を行えば再循環ライン１６の機能低下
を招き、また低負荷時に流せる最大再循環流量を再循環
流量目標値として制御を行えば再循環ライン１６の過負
荷を招いて再循環ブロワ１７を破損する恐れがあるとい
う問題があった。
のように再循環ガスの密度を計算に入れずに流量制御を
行うと、発電負荷100%時の最大再循環流量を再循環流量
目標値として制御を行えば再循環ライン１６の機能低下
を招き、また低負荷時に流せる最大再循環流量を再循環
流量目標値として制御を行えば再循環ライン１６の過負
荷を招いて再循環ブロワ１７を破損する恐れがあるとい
う問題があった。
【００１９】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、再循環ガスの密度を考慮に入れて再循
環ガス流量の制御を行うことにより、再循環ラインの機
能を最大限に利用し、かつ安定な再循環ガス流量制御を
行うことができる信頼性の高い燃料電池制御装置を提供
することを目的とする。
なされたもので、再循環ガスの密度を考慮に入れて再循
環ガス流量の制御を行うことにより、再循環ラインの機
能を最大限に利用し、かつ安定な再循環ガス流量制御を
行うことができる信頼性の高い燃料電池制御装置を提供
することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電解
質層を挟んで配置される燃料極および酸化剤極にそれぞ
れ燃料ガスおよび酸化剤ガスを導入しこのとき生じる電
気化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池の
燃料極出口から排出されるガスを、再循環ブロワおよび
再循環流量制御弁を備えた再循環ラインを介して、燃料
極入口に再循環する再循環ガス流量を制御する燃料電池
制御装置において、再循環ラインに設置され、流量差圧
を検出し基準密度のガス流量に換算する再循環流量検出
器と、燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値
あるいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つに基づ
いて、予め設定される再循環流量目標値に対して再循環
ガス密度の基準密度からの変化を考慮に入れた修正再循
環流量目標値を算出する再循環流量目標値演算器と、再
循環流量検出器からの再循環ガス流量を再循環流量目標
値演算器からの修正再循環流量目標値と比較し、偏差信
号を出力する比較器と、この比較器からの偏差信号に基
づいて再循環流量制御弁の開度制御信号を出力する制御
演算器とを具備することを特徴とする。
質層を挟んで配置される燃料極および酸化剤極にそれぞ
れ燃料ガスおよび酸化剤ガスを導入しこのとき生じる電
気化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池の
燃料極出口から排出されるガスを、再循環ブロワおよび
再循環流量制御弁を備えた再循環ラインを介して、燃料
極入口に再循環する再循環ガス流量を制御する燃料電池
制御装置において、再循環ラインに設置され、流量差圧
を検出し基準密度のガス流量に換算する再循環流量検出
器と、燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値
あるいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つに基づ
いて、予め設定される再循環流量目標値に対して再循環
ガス密度の基準密度からの変化を考慮に入れた修正再循
環流量目標値を算出する再循環流量目標値演算器と、再
循環流量検出器からの再循環ガス流量を再循環流量目標
値演算器からの修正再循環流量目標値と比較し、偏差信
号を出力する比較器と、この比較器からの偏差信号に基
づいて再循環流量制御弁の開度制御信号を出力する制御
演算器とを具備することを特徴とする。
【００２１】また、本発明は、電解質層を挟んで配置さ
れる燃料極および酸化剤極にそれぞれ燃料ガスおよび酸
化剤ガスを導入しこのとき生じる電気化学反応により電
気エネルギーを発生する燃料電池の燃料極出口から排出
されるガスを、再循環ブロワおよび再循環流量制御弁を
備えた再循環ラインを介して、燃料極入口に再循環する
の再循環ガス流量を制御する燃料電池制御装置におい
て、再循環ラインに設置され、流量差圧を検出し基準密
度のガス流量に換算する再循環流量検出器と、燃料電池
の出力電流値、負荷指令値、出力電力値あるいは燃料電
池出口水素濃度の少なくとも１つに基づいて、再循環流
量検出器からのガス流量を補正し、再循環ガス密度の基
準密度からの変化を考慮に入れた補正再循環ガス流量を
算出する再循環流量補正演算器と、再循環流量補正演算
器からの補正再循環ガス流量を予め設定される再循環流
量目標値と比較し、偏差信号を出力する比較器と、この
比較器からの偏差信号に基づいて再循環流量制御弁の開
度制御信号を出力する制御演算器とを具備することを特
徴とする。
れる燃料極および酸化剤極にそれぞれ燃料ガスおよび酸
化剤ガスを導入しこのとき生じる電気化学反応により電
気エネルギーを発生する燃料電池の燃料極出口から排出
されるガスを、再循環ブロワおよび再循環流量制御弁を
備えた再循環ラインを介して、燃料極入口に再循環する
の再循環ガス流量を制御する燃料電池制御装置におい
て、再循環ラインに設置され、流量差圧を検出し基準密
度のガス流量に換算する再循環流量検出器と、燃料電池
の出力電流値、負荷指令値、出力電力値あるいは燃料電
池出口水素濃度の少なくとも１つに基づいて、再循環流
量検出器からのガス流量を補正し、再循環ガス密度の基
準密度からの変化を考慮に入れた補正再循環ガス流量を
算出する再循環流量補正演算器と、再循環流量補正演算
器からの補正再循環ガス流量を予め設定される再循環流
量目標値と比較し、偏差信号を出力する比較器と、この
比較器からの偏差信号に基づいて再循環流量制御弁の開
度制御信号を出力する制御演算器とを具備することを特
徴とする。
【００２２】
【作用】上記構成において、燃料電池には燃料極出口か
ら排出されるガスの一部を燃料極入口に再循環する再循
環ラインが設けられており、再循環ラインには再循環さ
せる流速を得るための再循環ブロワ、開度により再循環
ガス流量を制御する再循環流量制御弁および再循環ライ
ンを流れるガス流量を検出する再循環流量検出器が設置
されている。再循環流量検出器は、再循環ラインの流量
差圧を検出し、検出した流量差圧の平方根に基準となる
ガス密度に基づく定数を乗じた値を再循環ガス流量とし
て出力する。
ら排出されるガスの一部を燃料極入口に再循環する再循
環ラインが設けられており、再循環ラインには再循環さ
せる流速を得るための再循環ブロワ、開度により再循環
ガス流量を制御する再循環流量制御弁および再循環ライ
ンを流れるガス流量を検出する再循環流量検出器が設置
されている。再循環流量検出器は、再循環ラインの流量
差圧を検出し、検出した流量差圧の平方根に基準となる
ガス密度に基づく定数を乗じた値を再循環ガス流量とし
て出力する。
【００２３】前者の発明では、再循環流量目標値演算器
は、燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値あ
るいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つを入力
し、予め用意した再循環流量目標値への変換関数に基づ
いて、予め設定される再循環流量目標値に対して再循環
ガス密度の基準密度からの変化を考慮に入れた修正再循
環流量目標値を算出する。制御演算器は、この修正再循
環流量目標値に対する再循環流量検出器からの再循環ガ
ス流量値の偏差に基づいて再循環流量制御弁の開度制御
信号を演算する。これにより、再循環ガス密度の変化に
よって生じる再循環ガス流量値への影響分を補償して良
好な再循環ガス流量制御を行うことができる。
は、燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値あ
るいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つを入力
し、予め用意した再循環流量目標値への変換関数に基づ
いて、予め設定される再循環流量目標値に対して再循環
ガス密度の基準密度からの変化を考慮に入れた修正再循
環流量目標値を算出する。制御演算器は、この修正再循
環流量目標値に対する再循環流量検出器からの再循環ガ
ス流量値の偏差に基づいて再循環流量制御弁の開度制御
信号を演算する。これにより、再循環ガス密度の変化に
よって生じる再循環ガス流量値への影響分を補償して良
好な再循環ガス流量制御を行うことができる。
【００２４】また後者の発明では、再循環流量補正演算
器は、燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値
あるいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つを入力
し、予め用意した流量補正係数への変換関数に基づいて
流量補正係数を算出して、この流量補正係数で再循環流
量検出器からのガス流量を除算することによって、再循
環ガス密度の基準密度からの変化を考慮に入れた補正再
循環ガス流量を求める。制御演算器は、予め設定される
再循環流量目標値に対する再循環流量補正演算器からの
補正再循環ガス流量の偏差に基づいて再循環流量制御弁
の開度制御信号を演算する。これにより、前者の発明と
同様に、再循環ガス密度の変化によって生じる再循環ガ
ス流量値への影響分が補償され、良好な再循環ガス流量
制御を行うことができる。
器は、燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値
あるいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つを入力
し、予め用意した流量補正係数への変換関数に基づいて
流量補正係数を算出して、この流量補正係数で再循環流
量検出器からのガス流量を除算することによって、再循
環ガス密度の基準密度からの変化を考慮に入れた補正再
循環ガス流量を求める。制御演算器は、予め設定される
再循環流量目標値に対する再循環流量補正演算器からの
補正再循環ガス流量の偏差に基づいて再循環流量制御弁
の開度制御信号を演算する。これにより、前者の発明と
同様に、再循環ガス密度の変化によって生じる再循環ガ
ス流量値への影響分が補償され、良好な再循環ガス流量
制御を行うことができる。
【００２５】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。なお、図面において、共通する部分については同
一符号を付記し、重複する説明は省略する。
する。なお、図面において、共通する部分については同
一符号を付記し、重複する説明は省略する。
【００２６】図１は、本発明の燃料電池制御装置の一実
施例を示すもので、再循環ライン１６には、再循環させ
る流速を得るための再循環ブロワ１７と、再循環ガス流
量を測定する再循環流量検出器１９と、開度により再循
環ガス流量を制御する再循環流量制御弁１８とが設置さ
れ、再循環流量検出器１９による再循環ガス流量値に基
づいて再循環流量制御弁１８へ開度制御信号を出力する
燃料電池制御装置２０ａによって再循環ライン１６に流
れる再循環流量が制御される。
施例を示すもので、再循環ライン１６には、再循環させ
る流速を得るための再循環ブロワ１７と、再循環ガス流
量を測定する再循環流量検出器１９と、開度により再循
環ガス流量を制御する再循環流量制御弁１８とが設置さ
れ、再循環流量検出器１９による再循環ガス流量値に基
づいて再循環流量制御弁１８へ開度制御信号を出力する
燃料電池制御装置２０ａによって再循環ライン１６に流
れる再循環流量が制御される。
【００２７】この燃料電池制御装置２０ａは、再循環ガ
ス流量を測定する再循環流量検出器１９と、燃料電池８
の出力電流を検出する電流検出器２１と、図２に示すよ
うな予め求められた関数に基づいて検出された電流値を
再循環流量目標値へ変換する再循環流量目標値演算器２
２と、再循環流量目標値演算器２２で変換された再循環
流量目標値と再循環流量検出器１９による測定値とを比
較し偏差信号を出力する比較器２３と、この偏差信号に
基づいて前記再循環流量制御弁１８への開度制御信号を
演算するＰＩＤ制御演算器２４とから構成される。
ス流量を測定する再循環流量検出器１９と、燃料電池８
の出力電流を検出する電流検出器２１と、図２に示すよ
うな予め求められた関数に基づいて検出された電流値を
再循環流量目標値へ変換する再循環流量目標値演算器２
２と、再循環流量目標値演算器２２で変換された再循環
流量目標値と再循環流量検出器１９による測定値とを比
較し偏差信号を出力する比較器２３と、この偏差信号に
基づいて前記再循環流量制御弁１８への開度制御信号を
演算するＰＩＤ制御演算器２４とから構成される。
【００２８】次に、上記構成の燃料電池制御装置２０ａ
の作用を説明する。
の作用を説明する。
【００２９】上記構成において、再循環流量目標値演算
器２２は、電流検出器２１で検出された電流値を入力
し、予め求められた図２に示すような電流と再循環流量
目標値の関数に従って再循環流量目標値を算出する。負
荷一定の状態であれば、電流検出器２１により検出され
る電流値が一定となり、再循環流量目標値演算器２２で
変換される再循環流量目標値も一定となる。このように
して再循環流量目標値が決定すると、再循環流量検出器
１９により測定される現在の再循環流量値Ｑ。がその再
循環流量目標値になるように、ＰＩＤ制御演算器２４に
よりＰＩＤ制御される。
器２２は、電流検出器２１で検出された電流値を入力
し、予め求められた図２に示すような電流と再循環流量
目標値の関数に従って再循環流量目標値を算出する。負
荷一定の状態であれば、電流検出器２１により検出され
る電流値が一定となり、再循環流量目標値演算器２２で
変換される再循環流量目標値も一定となる。このように
して再循環流量目標値が決定すると、再循環流量検出器
１９により測定される現在の再循環流量値Ｑ。がその再
循環流量目標値になるように、ＰＩＤ制御演算器２４に
よりＰＩＤ制御される。
【００３０】ここで、再循環流量目標値演算器２２で使
用される出力電流から再循環流量目標値への変換関数
は、図３に出力電流と再循環燃料の水素濃度との関係を
示すように、設計時の再循環流量目標値に水素濃度を加
味した関数として予め求められる。これにより、発電負
荷の上昇に伴って出力電流値が上昇すると、再循環燃料
中の水素濃度の減少に伴って再循環流量目標値が下降す
るように変化し、この再循環流量目標値の変化が密度補
正の働きとなる。したがって、この再循環流量目標値に
再循環流量検出器１９による再循環流量値Ｑ。を合わせ
るように再循環流量制御弁１８を制御することにより、
密度補正を行っていない再循環流量値Ｑ。に基づく制御
でも、あたかも密度補正された再循環流量制御がされた
ように、再循環流量制御弁１８が動作する。
用される出力電流から再循環流量目標値への変換関数
は、図３に出力電流と再循環燃料の水素濃度との関係を
示すように、設計時の再循環流量目標値に水素濃度を加
味した関数として予め求められる。これにより、発電負
荷の上昇に伴って出力電流値が上昇すると、再循環燃料
中の水素濃度の減少に伴って再循環流量目標値が下降す
るように変化し、この再循環流量目標値の変化が密度補
正の働きとなる。したがって、この再循環流量目標値に
再循環流量検出器１９による再循環流量値Ｑ。を合わせ
るように再循環流量制御弁１８を制御することにより、
密度補正を行っていない再循環流量値Ｑ。に基づく制御
でも、あたかも密度補正された再循環流量制御がされた
ように、再循環流量制御弁１８が動作する。
【００３１】ただし、再循環流量検出器１９によって測
定される再循環流量値Ｑ。は、検出される差圧Ｐの平方
根に、基準となるガス密度ρ。と流量係数αにより予め
決定された定数α／（ρ。1/2 ）を乗じて得られる値
（α／（ρ。1/2 ）×Ｐ1/2 ）であり、この定数は再循
環流量の密度の変化に関しては不変のため、再循環流量
目標値側のガス密度補正が有効になる。
定される再循環流量値Ｑ。は、検出される差圧Ｐの平方
根に、基準となるガス密度ρ。と流量係数αにより予め
決定された定数α／（ρ。1/2 ）を乗じて得られる値
（α／（ρ。1/2 ）×Ｐ1/2 ）であり、この定数は再循
環流量の密度の変化に関しては不変のため、再循環流量
目標値側のガス密度補正が有効になる。
【００３２】以上の説明からも明らかなように、上記実
施例によれば、再循環ガス密度を加味した制御が行われ
ることにより、再循環ライン１６の機能低下を招くこと
もなく、また再循環ブロワ１７の過負荷になる程の再循
環流量を流して循環ブロワ１７の破損を起すような恐れ
もなくなり、再循環ライン１６の機能を最大限に利用し
た安定な再循環流量制御を行うことができる。
施例によれば、再循環ガス密度を加味した制御が行われ
ることにより、再循環ライン１６の機能低下を招くこと
もなく、また再循環ブロワ１７の過負荷になる程の再循
環流量を流して循環ブロワ１７の破損を起すような恐れ
もなくなり、再循環ライン１６の機能を最大限に利用し
た安定な再循環流量制御を行うことができる。
【００３３】なお、上記実施例では電流検出器の検出値
より再循環流量目標値を決定していたが、負荷指令値、
発電出力電力値あるいは燃料電池出口水素濃度から、図
４にそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すような関数
に従って再循環流量目標値を決定することも可能であ
る。
より再循環流量目標値を決定していたが、負荷指令値、
発電出力電力値あるいは燃料電池出口水素濃度から、図
４にそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示すような関数
に従って再循環流量目標値を決定することも可能であ
る。
【００３４】図５は、本発明の燃料電池制御装置の他の
実施例を示すもので、この実施例の燃料電池制御装置２
０ｂは、再循環ガス流量を測定する再循環流量検出器１
９と、燃料電池８の出力電流を検出する電流検出器２１
と、再循環流量検出器１９からの再循環流量値を電流検
出器２１からの電流値に基づいて補正し、再循環ガス密
度を考慮に入れた補正再循環流量値を算出する再循環流
量補正演算器２５と、予め設定される再循環流量目標値
と再循環流量補正演算器２５からの再循環流量補正値を
比較し偏差信号を出力する比較器２３と、この偏差信号
に基づいて前記再循環流量制御弁１８への開度制御信号
を演算するＰＩＤ制御演算器２４とから構成される。
実施例を示すもので、この実施例の燃料電池制御装置２
０ｂは、再循環ガス流量を測定する再循環流量検出器１
９と、燃料電池８の出力電流を検出する電流検出器２１
と、再循環流量検出器１９からの再循環流量値を電流検
出器２１からの電流値に基づいて補正し、再循環ガス密
度を考慮に入れた補正再循環流量値を算出する再循環流
量補正演算器２５と、予め設定される再循環流量目標値
と再循環流量補正演算器２５からの再循環流量補正値を
比較し偏差信号を出力する比較器２３と、この偏差信号
に基づいて前記再循環流量制御弁１８への開度制御信号
を演算するＰＩＤ制御演算器２４とから構成される。
【００３５】次に、上記構成の燃料電池制御装置２０ｂ
の作用を説明する。
の作用を説明する。
【００３６】再循環流量補正演算器２５は、再循環流量
検出器１９からの再循環流量値Ｑ。、すなわち検出され
る流量差圧Ｐの平方根に予め決定された定数α／（ρ。
1/2）を乗じて得られる値を、予め求められる図６に示
す関数に従って電流検出器２１の電流値から得られる流
量補正係数で除して補正再循環流量値Ｑを求める。その
演算ロジックは図７に示す通りである。負荷一定の状態
であれば、電流検出器２１により検出される電流値が一
定となり、再循環流量補正演算器２５で算出される補正
再循環流量値Ｑも一定となる。ＰＩＤ制御演算器２４
は、再循環流量目標値と補正再循環流量値Ｑとの偏差信
号をＰＩＤ演算することによって再循環流量制御弁１８
の開度制御信号を算出する。
検出器１９からの再循環流量値Ｑ。、すなわち検出され
る流量差圧Ｐの平方根に予め決定された定数α／（ρ。
1/2）を乗じて得られる値を、予め求められる図６に示
す関数に従って電流検出器２１の電流値から得られる流
量補正係数で除して補正再循環流量値Ｑを求める。その
演算ロジックは図７に示す通りである。負荷一定の状態
であれば、電流検出器２１により検出される電流値が一
定となり、再循環流量補正演算器２５で算出される補正
再循環流量値Ｑも一定となる。ＰＩＤ制御演算器２４
は、再循環流量目標値と補正再循環流量値Ｑとの偏差信
号をＰＩＤ演算することによって再循環流量制御弁１８
の開度制御信号を算出する。
【００３７】ここで、再循環流量補正演算器２５の演算
に適用される流量補正係数は、再循環ガス密度の基準密
度からの変化によるものであり、図６に示す電流値によ
る流量補正係数の関数を予め求めておくことにより、電
流検出器２１の検出値から容易に流量補正係数を算出す
ることができる。この電流値による流量補正係数の関数
は、図３に示すような再循環ガス密度と密接な関係のあ
る再循環燃料の水素濃度と電流値との関係から、容易に
求めることができる。
に適用される流量補正係数は、再循環ガス密度の基準密
度からの変化によるものであり、図６に示す電流値によ
る流量補正係数の関数を予め求めておくことにより、電
流検出器２１の検出値から容易に流量補正係数を算出す
ることができる。この電流値による流量補正係数の関数
は、図３に示すような再循環ガス密度と密接な関係のあ
る再循環燃料の水素濃度と電流値との関係から、容易に
求めることができる。
【００３８】上記構成において、発電負荷が上昇すれば
電流検出器２１の検出値が上昇するため、再循環流量補
正演算器２５の補正再循環流量値Ｑの演算に使用される
流量補正係数は図６の関数に従って上昇する。この作用
により、再循環流量検出器１９で測定されるの再循環流
量値Ｑ。が電流値の変化に合わせてガス密度補正が施さ
れた補正再循環流量値Ｑに変換されることになり、最適
な再循環燃料流量制御を行うことができるようになる。
電流検出器２１の検出値が上昇するため、再循環流量補
正演算器２５の補正再循環流量値Ｑの演算に使用される
流量補正係数は図６の関数に従って上昇する。この作用
により、再循環流量検出器１９で測定されるの再循環流
量値Ｑ。が電流値の変化に合わせてガス密度補正が施さ
れた補正再循環流量値Ｑに変換されることになり、最適
な再循環燃料流量制御を行うことができるようになる。
【００３９】上述したように、本実施例によれば、燃料
電池プラントの発電出力0%から100%に至る過程で、ある
いは起動途中等で、再循環ブロワ１７が動作している場
合においては、再循環燃料中の水素濃度の変化による密
度変化を的確にとらえることで、再循環燃料流量制御が
再循環ブロワ１７の過負荷を防止しつつ安定にしかも再
循環ライン１６を最大限に活用するよう制御することが
可能となり、前述したような再循環ブロワ１７の劣化お
よび破損がなくなり、再循環ブロワ１７の長寿命化を図
ることが可能となる。
電池プラントの発電出力0%から100%に至る過程で、ある
いは起動途中等で、再循環ブロワ１７が動作している場
合においては、再循環燃料中の水素濃度の変化による密
度変化を的確にとらえることで、再循環燃料流量制御が
再循環ブロワ１７の過負荷を防止しつつ安定にしかも再
循環ライン１６を最大限に活用するよう制御することが
可能となり、前述したような再循環ブロワ１７の劣化お
よび破損がなくなり、再循環ブロワ１７の長寿命化を図
ることが可能となる。
【００４０】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、負荷指令値、発電出力電力値あるいは
から燃料電池出口水素濃度から、図８（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）にそれぞれ示すような関数に従って、再循環流量
補正演算器２５による再循環流量補正計算時の流量補正
係数を求めるようにしてもよい。
るものではなく、負荷指令値、発電出力電力値あるいは
から燃料電池出口水素濃度から、図８（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）にそれぞれ示すような関数に従って、再循環流量
補正演算器２５による再循環流量補正計算時の流量補正
係数を求めるようにしてもよい。
【００４１】この他、本発明はその要旨を変更しない範
囲で、種々に変形して実施することができるものであ
る。
囲で、種々に変形して実施することができるものであ
る。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
再循環流量の制御をガスの密度補正を考慮した流量制御
とすることにより、再循環ブロワの劣化および破損をな
くして長寿命化を図ることが可能となり、極めて信頼性
の高い燃料電池制御装置を提供することができる。
再循環流量の制御をガスの密度補正を考慮した流量制御
とすることにより、再循環ブロワの劣化および破損をな
くして長寿命化を図ることが可能となり、極めて信頼性
の高い燃料電池制御装置を提供することができる。
【図１】本発明の燃料電池制御装置の一実施例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】発電電流から再循環流量目標値への変換関数を
示す図である。
示す図である。
【図３】発電電流と再循環ガス中の水素濃度との関係を
示す図である。
示す図である。
【図４】（ａ）負荷指令値、（ｂ）発電出力電力値、
（ｃ）燃料電池出口水素濃度から再循環流量目標値への
変換関数を示す図である。
（ｃ）燃料電池出口水素濃度から再循環流量目標値への
変換関数を示す図である。
【図５】本発明の燃料電池制御装置の他の実施例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図６】流量補正係数と発電電流値の関数を示す図であ
る
る
【図７】再循環流量補正演算器２５における演算ロジッ
クを説明する図である。
クを説明する図である。
【図８】（ａ）負荷指令値、（ｂ）発電出力電力値、
（ｃ）燃料電池出口水素濃度から流量補正係数への変換
関数を示す図である。
（ｃ）燃料電池出口水素濃度から流量補正係数への変換
関数を示す図である。
【図９】代表的な燃料電池発電プラントの一例を示す系
統図である。
統図である。
【図１０】再循環ライン１６に関するプラント機器の動
作を示す図である。
作を示す図である。
【図１１】従来の制御における再循環ブロワの過負荷状
態を説明する図である。
態を説明する図である。
８………燃料電池 ８Ａ……酸化剤極（空気極） ８Ｂ……燃料極 １６………再循環ライン １７………再循環ブロワ １８………再循環流量制御弁 １９………再循環流量検出器 ２０………燃料電池制御装置 ２１………電流検出器 ２２………再循環流量目標値演算器 ２３………比較器 ２４………ＰＩＤ制御演算器 ２５………再循環流量補正演算器
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質層を挟んで配置される燃料極およ
び酸化剤極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを導入
しこのとき生じる電気化学反応により電気エネルギーを
発生する燃料電池の前記燃料極出口から排出されるガス
を、再循環ブロワおよび再循環流量制御弁を備えた再循
環ラインを介して、前記燃料極入口に再循環する再循環
ガス流量を制御する燃料電池制御装置において、 前記再循環ラインに設置され、流量差圧を検出し基準密
度のガス流量に換算する再循環流量検出器と、 前記燃料電池の発電出力電流値、負荷指令値、発電出力
電力値あるいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つ
に基づいて、予め設定される再循環流量目標値に対して
再循環ガス密度の前記基準密度からの変化を考慮に入れ
た修正再循環流量目標値を算出する再循環流量目標値演
算器と、 前記再循環流量検出器からの再循環ガス流量を前記再循
環流量目標値演算器からの修正再循環流量目標値と比較
し、偏差信号を出力する比較器と、 この比較器からの偏差信号に基づいて前記再循環流量制
御弁の開度制御信号を出力する制御演算器とを具備する
ことを特徴とする燃料電池制御装置。 - 【請求項２】 電解質層を挟んで配置される燃料極およ
び酸化剤極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを導入
しこのとき生じる電気化学反応により電気エネルギーを
発生する燃料電池の前記燃料極出口から排出されるガス
を、再循環ブロワおよび再循環流量制御弁を備えた再循
環ラインを介して、前記燃料極入口に再循環するの再循
環ガス流量を制御する燃料電池制御装置において、 前記再循環ラインに設置され、流量差圧を検出し基準密
度のガス流量に換算する再循環流量検出器と、 前記燃料電池の出力電流値、負荷指令値、出力電力値あ
るいは燃料電池出口水素濃度の少なくとも１つに基づい
て、前記再循環流量検出器からのガス流量を補正し、再
循環ガス密度の前記基準密度からの変化を考慮に入れた
補正再循環ガス流量を算出する再循環流量補正演算器
と、 この再循環流量補正演算器からの補正再循環ガス流量を
予め設定される再循環流量目標値と比較し、偏差信号を
出力する比較器と、 この比較器からの偏差信号に基づいて前記再循環流量制
御弁の開度制御信号を出力する制御演算器とを具備する
ことを特徴とする燃料電池制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06231786A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 燃料電池制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06231786A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 燃料電池制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06231786A true JPH06231786A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=11883614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Withdrawn JPH06231786A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 燃料電池制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06231786A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11260386A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラントおよびその運転制御方法 |
| JP2002313385A (ja) * | 2001-04-11 | 2002-10-25 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2006134806A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| US8795917B2 (en) | 2005-04-06 | 2014-08-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system with control of the pressure of the reactants within the system |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP50A patent/JPH06231786A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11260386A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラントおよびその運転制御方法 |
| JP2002313385A (ja) * | 2001-04-11 | 2002-10-25 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2006134806A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| US8795917B2 (en) | 2005-04-06 | 2014-08-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system with control of the pressure of the reactants within the system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |