JPH06260203A - 燃料電池用燃料改質器の制御方式 - Google Patents

燃料電池用燃料改質器の制御方式

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JPH06260203A
JPH06260203A JP5044194A JP4419493A JPH06260203A JP H06260203 A JPH06260203 A JP H06260203A JP 5044194 A JP5044194 A JP 5044194A JP 4419493 A JP4419493 A JP 4419493A JP H06260203 A JPH06260203 A JP H06260203A
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JP
Japan
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fuel
data
reformer
raw fuel
reforming
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JP5044194A
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Makoto Mikami
誠 三上
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】原燃料ガス組成の検出から登録までの操作を容
易化することにより、燃料改質反応を原燃料組成の変化
に対応して最適条件に保持する。 【構成】原燃料を水素リッチな燃料ガスに水蒸気改質し
て燃料電池1に供給する燃料改質器2において、その原
燃料流量,スチ−ム・カ−ボン比,および改質器昇温完
了温度の決定方式であって、原燃料成分検出手段11、
原燃料組成デ−タ変換手段12,および改質系設定値演
算手段9を含み、燃料改質器に供給する原燃料の成分を
原燃料成分検出手段が検出し、その検出デ−タ11Dを
原燃料組成デ−タ変換手段が自動入力デ−タ12Dに変
換し、この自動入力デ−タを受けた改質系設定値演算手
段が既登録デ−タと照合して互いに異なる場合は新たな
自動入力デ−タを新登録デ−タとして登録し,この新規
登録デ−タに基づいて改質系設定値を演算して制御指令
6S,7S,8S等を発する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、原燃料を水素リッチ
な燃料ガスに水蒸気改質して燃料電池の燃料電極に供給
する燃料改質器において、その原燃料流量,スチ−ム・
カ−ボン比,および改質器昇温完了温度の制御方式に関
する。
【0002】
【従来の技術】原燃料としての天然ガスを水素リッチな
燃料ガスに水蒸気改質して燃料電池に供給する燃料改質
器においては、天然ガス中の炭化水素(メタン)の水素
転化率,および一酸化炭素の二酸化炭素への転化率が高
く、かつ炭化水素残率の少ない良質の燃料ガスを得るた
めに、天然ガス中の不純物を除去する前処理工程,水蒸
気改質工程,一酸化炭素の二酸化炭素への転化率を高め
る後処理工程に分けて改質が行われるが、改質反応の最
適条件が原燃料としての天然ガスの組成の影響を受けて
変化するため、原燃料の組成を常に把握して最適反応条
件を決定する必要がある。従来の制御方式では、原燃料
ガスの組成を予め測定し、その測定結果から燃料電池発
電装置用の入力デ−タを別の計算機を用いて計算し、得
られたデ−タを燃料電池発電装置の改質系設定値演算手
段に手動で登録する方法が知られており、改質系設定値
演算手段が登録デ−タに基づいて原燃料流量,スチ−ム
・カ−ボン比(原燃料中の水と原燃料ガス中の炭素との
比),および改質器昇温完了温度の設定値などを演算
し、原燃料流量制御部,スチ−ム・カ−ボン比制御部,
および改質器温度制御部に向けてそれぞれ指令を発する
ことにより最適な制御が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の制御方式では、
原燃料ガスの組成の検出操作,入力デ−タの計算操作を
それぞれ別々に行い、かつ得られた入力デ−タを手動で
登録するために、原燃料組成の登録デ−タの更新に手間
がかかるという問題があり、これが原因で一旦登録した
テ−タの更新を行わない場合が多く、原燃料組成が登録
値と異なる為に改質反応を最適条件に維持できず、とき
には得られた燃料ガスの組成が低下するという問題も発
生した。
【0004】この発明の目的は、原燃料ガス組成の検出
から登録までの操作を容易化することにより、燃料改質
反応を原燃料組成の変化に対応して最適条件に保持する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、原燃料を水素リッチな燃料ガス
に水蒸気改質して燃料電池の燃料電極に供給する燃料改
質器において、その原燃料流量,スチ−ム・カ−ボン
比,および改質器昇温完了温度の決定方式であって、原
燃料成分の検出手段と、原燃料組成デ−タの変換手段
と、改質系設定値演算手段とからなり、前記燃料改質器
に供給する原燃料の成分を原燃料成分の検出手段が検出
し、その検出デ−タを原燃料組成デ−タの変換手段が受
けて自動入力デ−タに変換し、この自動入力デ−タを受
けた改質系設定値演算手段が既登録デ−タと照合して互
いに異なる場合は新たな自動入力デ−タを新登録デ−タ
として登録し,この新規登録デ−タに基づいて改質系設
定値を演算して制御指令を発することとする。
【0006】また、原燃料成分の検出手段が燃料改質器
の起動時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定値
演算手段が受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ−
タに基づいて算出した原燃料流量を原燃料流量設定指令
として原燃料流量制御系に向けて出力することとする。
さらに、原燃料成分の検出手段が燃料改質器の起動時毎
に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定値演算手段が
受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ−タに基づい
て算出したスチ−ム・カ−ボン比をスチ−ム・カ−ボン
比設定指令としてスチ−ム・カ−ボン比制御系に向けて
出力することとする。
【0007】さらにまた、原燃料成分の検出手段が燃料
改質器の起動時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系
設定値演算手段が受けて登録デ−タを更新し、この新登
録デ−タに基づいて算出した改質器昇温完了温度を改質
器昇温完了温度設定指令として改質器温度制御系に向け
て出力することとする。
【0008】
【作用】この発明において、原燃料成分の検出手段と、
原燃料組成デ−タの変換手段と、改質系設定値演算手段
とを設け、燃料改質器に供給する原燃料の成分を原燃料
成分の検出手段が検出し、その検出デ−タを原燃料組成
デ−タの変換手段が受けて自動入力デ−タに変換し、こ
の自動入力デ−タを受けた改質系設定値演算手段が既登
録デ−タと比較して互いに異なる場合は新たな自動入力
デ−タを新登録デ−タとして登録し,この新規登録デ−
タに基づいて改質系設定値を演算して制御指令を発する
よう構成したことにより、原燃料ガス組成の検出から登
録までの操作が自動化され、操作の煩雑さを排除できる
ので、燃料改質反応を原燃料組成の変化に対応して最適
条件に容易に保持する機能が得られる。
【0009】また、原燃料成分の検出手段が燃料改質器
の起動時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定値
演算手段が受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ−
タに基づいて算出した原燃料流量を原燃料流量設定指令
として原燃料流量制御部に向けて出力するよう構成すれ
ば、原燃料流量を原燃料組成の変化に対応して最適量に
制御する機能が得られる。
【0010】さらに、原燃料成分の検出手段が燃料改質
器の起動時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定
値演算手段が受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ
−タに基づいて算出したスチ−ム・カ−ボン比をスチ−
ム・カ−ボン比設定指令としてスチ−ム・カ−ボン比制
御部に向けて出力するよう構成すれば、スチ−ム・カ−
ボン比を原燃料組成の変化に対応して最適量に制御する
機能が得られる。
【0011】さらにまた、原燃料成分の検出手段が燃料
改質器の起動時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系
設定値演算手段が受けて登録デ−タを更新し、この新登
録デ−タに基づいて算出した改質器昇温完了温度を改質
器昇温完了温度設定指令として改質器温度制御部に向け
て出力するよう構成すれば、制御部が燃料改質器のバ−
ナ−に供給する燃料および支燃空気量を制御し、改質器
昇温完了温度を原燃料組成の変化に対応して最適量に制
御する機能が得られる。
【0012】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図1はこの発明の実施例になる燃料電池用燃料改質
器の制御方式を示す発電装置の要部を含む機能ブロック
図である。図において、単位セルの積層体からなる燃料
電池(スタック)1を含む燃料電池発電装置は、原燃料
としての例えば天然ガスを水素リッチな燃料ガスに改質
する燃料改質器2、酸化剤としての空気を燃料電池に供
給する空気供給系3、燃料電池の出力直流電力を外部負
荷が要求する形の電力に変換する電力変換装置4、これ
ら各部を制御する制御装置5などで構成される。
【0013】このように構成された燃料電池発電装置の
運転中における外部負荷への供給電力の上昇,降下は、
制御装置5が外部負荷変化指令5Sを受けて燃料電池
1,燃料改質器2や空気供給系3等に向けて発する制御
信号1S,2S,などと、電力変換装置4に向けて発す
る制御信号4S等によって制御され、燃料ガスおよび空
気の供給量および外部負荷への供給電力が、外部負荷変
化指令5Sに対応するそれぞれの目標値に一致するよう
制御される。
【0014】燃料改質器2の場合、その改質反応条件の
制御装置として、原燃料流量を調節する制御弁6Bとそ
の開度を制御する燃料流量制御部6、スチ−ム流量を調
節する制御弁7Bとその開度を制御するスチ−ム・カ−
ボン比制御部7、および燃料改質器用バ−ナ−2Bに供
給する燃料の制御弁8Bおよび支燃空気の制御弁8Aの
開度を制御する改質温度制御部8を備え、これら各制御
部は、改質系設定値演算手段9が原燃料組成の登録デ−
タに基づいて演算した設定指令6S,7S,8Sと、制
御部5が発する負荷率指令2Sとにより、負荷率に対応
して決まる制御量を保つよう各制御弁の開度を制御す
る。
【0015】一方、この実施例になる燃料改質器の制御
手段10は、原燃料の成分を分析する原燃料成分検出手
段11と、その検出デ−タ11Dを自動入力デ−タ12
Dに変換する原燃料組成デ−タ変換手段12と、変換さ
れた自動入力デ−タ12Dを既登録デ−タと照合し、互
いに異なる場合は新たな自動入力デ−タを新登録デ−タ
として登録し,この新登録デ−タに基づいて改質系設定
値を演算し、制御指令を発する改質系設定値演算手段9
との3つの機能部分からなり、例えば改質系設定値演算
手段9が燃料改質器の起動時毎に出す検出指令9Sに基
づいて原燃料成分検出手段11が検出する原燃料組成デ
−タ11Dを、原燃料組成デ−タ変換手段12が自動入
力デ−タ12Dに変換し、改質系設定値演算手段12が
登録デ−タを更新して原燃料流量,スチ−ム・カ−ボン
比,および改質器昇温完了温度などの設定デ−タの演算
をやり直し、新しい設定デ−タに基づいて原燃料流量設
定指令6S,スチ−ム・カ−ボン比設定指令7S,およ
び改質器昇温完了温度設定指令8Sをそれぞれの制御部
6,7,8に向けて出力することにより、原燃料組成お
よび負荷電力指令2Sに対応した改質反応条件に基づく
燃料改質器2の制御を行うことが可能になる。
【0016】このように構成された燃料改質器の制御方
式においては、原燃料ガス組成の検出から登録までの操
作を自動化でき、操作の煩雑さを排除できるとともに、
燃料改質反応を原燃料組成の変化に対応して最適条件に
容易に保持できるので、水素濃度の高い優れた組成の燃
料ガスを効率よく生成できる利点が得られる。なお、燃
料改質器の前処理工程,後処理工程における反応条件の
制御についても、前述の実施例と同様に行えるので,こ
こでは詳細な説明を省略する。
【0017】
【発明の効果】この発明は前述のように、原燃料成分の
検出手段と、原燃料組成デ−タの変換手段と、改質系設
定値演算手段とを設け、燃料改質器に供給する原燃料の
成分を原燃料成分の検出手段が検出し、その検出デ−タ
を原燃料組成デ−タの変換手段が受けて自動入力デ−タ
に変換し、この自動入力デ−タを受けた改質系設定値演
算手段が既登録デ−タと照合し,互いに異なる場合は新
たな自動入力デ−タを新登録デ−タとして登録し,この
新規登録デ−タに基づいて改質系設定値を演算して設定
指令を発するよう構成した。その結果、原燃料ガス組成
の検出から登録までの操作が自動化され、従来の制御方
式で問題となった原燃料組成デ−タの登録操作の煩雑さ
を排除できるので、原燃料流量設定値,スチ−ム・カ−
ボン比設定値,および改質器昇温完了温度設定値などの
燃料改質反応条件を原燃料組成の変化に対応して最適条
件に容易に設定することが可能となり、水素濃度の高い
優れた組成の燃料ガスを効率よく生成できる燃料電池用
燃料改質器の制御方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例になる燃料電池用燃料改質器
の制御方式を示す発電装置の要部を含む機能ブロック図
【符号の説明】
1 燃料電池(スタック) 2 燃料改質器 2S 負荷電力指令 3 空気供給系 4 電力変換装置 5 制御装置 6 原燃料流量制御部 6B 原燃料流量制御弁 6S 原燃料流量設定指令 7 スチ−ム・カ−ボン比制御部 7B スチ−ム流量制御弁 7S スチ−ム・カ−ボン比設定指令 8 改質温度制御部 8S 改質器昇温完了温度設定指令 9 改質系設定値演算手段 10 燃料改質器の制御方式 11 原燃料成分検出手段 11D 検出デ−タ 12 原燃料組成デ−タ変換手段 12D 自動入力デ−タ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原燃料を水素リッチな燃料ガスに水蒸気改
    質して燃料電池の燃料電極に供給する燃料改質器におい
    て、その原燃料流量,スチ−ム・カ−ボン比,および改
    質器昇温完了温度の決定方式であって、原燃料成分の検
    出手段と、原燃料組成デ−タの変換手段と、改質系設定
    値演算手段とからなり、前記燃料改質器に供給する原燃
    料の成分を原燃料成分の検出手段が検出し、その検出デ
    −タを原燃料組成デ−タの変換手段が受けて自動入力デ
    −タに変換し、この自動入力デ−タを受けた改質系設定
    値演算手段が既登録デ−タと照合して互いに異なる場合
    は新たな自動入力デ−タを新登録デ−タとして登録し,
    この新規登録デ−タに基づいて改質系設定値を演算して
    制御指令を発することを特徴とする燃料電池用燃料改質
    器の制御方式。
  2. 【請求項2】原燃料成分の検出手段が燃料改質器の起動
    時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定値演算手
    段が受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ−タに基
    づいて算出した原燃料流量を原燃料流量設定指令として
    原燃料流量制御系に向けて出力することを特徴とする請
    求項1記載の燃料電池用燃料改質器の制御方式。
  3. 【請求項3】原燃料成分の検出手段が燃料改質器の起動
    時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定値演算手
    段が受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ−タに基
    づいて算出したスチ−ム・カ−ボン比をスチ−ム・カ−
    ボン比設定指令としてスチ−ム・カ−ボン比制御系に向
    けて出力することを特徴とする請求項1記載の燃料電池
    用燃料改質器の制御方式。
  4. 【請求項4】原燃料成分の検出手段が燃料改質器の起動
    時毎に検出した原燃料組成デ−タを改質系設定値演算手
    段が受けて登録デ−タを更新し、この新登録デ−タに基
    づいて算出した改質器昇温完了温度を改質器昇温完了温
    度設定指令として改質器温度制御系に向けて出力するこ
    とを特徴とする請求項1記載の燃料電池用燃料改質器の
    制御方式。
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