JPH06275294A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH06275294A JPH06275294A JP5057576A JP5757693A JPH06275294A JP H06275294 A JPH06275294 A JP H06275294A JP 5057576 A JP5057576 A JP 5057576A JP 5757693 A JP5757693 A JP 5757693A JP H06275294 A JPH06275294 A JP H06275294A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【目的】水蒸気分離器への純水の供給量の変動を抑制す
ることにより、熱負荷へのスチ−ムの供給流量を安定化
する。 【構成】燃料電池１およびＣＯ変成器２の生成熱を回収
してそれぞれ所定の運転温度に保持する冷却水循環系４
が水蒸気分離器５を備え、分離したスチ−ム８を原燃料
に添加して燃料改質器２に供給するとともに、外部の熱
利用設備１６に熱媒体として供給する燃料電池発電シス
テムが、水蒸気分離器への給水量をスチ−ムの供給量に
比例して連続的に制御する給水制御手段、例えばスチ−
ム流量検出器２５，２６の検出信号および給水流量検出
器２７の検出信号を受けて給水調整弁２４の一次操作指
令を発する主調節器２１を含むもの、あるいは水位検出
器２８の検出水位に対応して給水量を補正した二次操作
指令を発する副調節器２２を含むものとする。
ることにより、熱負荷へのスチ−ムの供給流量を安定化
する。 【構成】燃料電池１およびＣＯ変成器２の生成熱を回収
してそれぞれ所定の運転温度に保持する冷却水循環系４
が水蒸気分離器５を備え、分離したスチ−ム８を原燃料
に添加して燃料改質器２に供給するとともに、外部の熱
利用設備１６に熱媒体として供給する燃料電池発電シス
テムが、水蒸気分離器への給水量をスチ−ムの供給量に
比例して連続的に制御する給水制御手段、例えばスチ−
ム流量検出器２５，２６の検出信号および給水流量検出
器２７の検出信号を受けて給水調整弁２４の一次操作指
令を発する主調節器２１を含むもの、あるいは水位検出
器２８の検出水位に対応して給水量を補正した二次操作
指令を発する副調節器２２を含むものとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池およびＣＯ
変成器の生成熱を回収してスチ−ムとして排熱利用する
燃料電池発電システムの制御方式に関する。
変成器の生成熱を回収してスチ−ムとして排熱利用する
燃料電池発電システムの制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来の燃料電池発電システムの要
部を模式化して示すシステム構成図である。図におい
て、燃料電池発電システムは、燃料改質器２で天然ガス
やメタノ−ルなどの原燃料を水素リッチな改質ガスに改
質し、ＣＯ変成器３で改質ガス中の一酸化炭素を二酸化
炭素に変換して燃料ガスとし、単セルの積層体として構
成される燃料電池（スタック）１の燃料極に供給すると
ともに、空気極に反応空気を供給することにより、電解
質層を挟む燃料極−空気極間で電気化学反応に基づく発
電が行われる。燃料改質器２の水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、その反応熱は付属のバ−ナ−の燃焼熱により
供給するが、ＣＯ変成器３の変成反応および燃料電池１
の電気化学反応は発熱反応であり、それぞれの反応温度
を維持するために冷却を必要とする。そこで、水蒸気分
離器５および循環ポンプ６を含む冷却水循環系４を設
け、所定温度の冷却水７を燃料電池１に積層された冷却
板に循環させて発電生成熱を回収し、燃料電池１を運転
温度に保持するとともに、ＣＯ変成器３にも冷却水７を
循環して生成熱を回収し、反応温度を保持するよう構成
される。
部を模式化して示すシステム構成図である。図におい
て、燃料電池発電システムは、燃料改質器２で天然ガス
やメタノ−ルなどの原燃料を水素リッチな改質ガスに改
質し、ＣＯ変成器３で改質ガス中の一酸化炭素を二酸化
炭素に変換して燃料ガスとし、単セルの積層体として構
成される燃料電池（スタック）１の燃料極に供給すると
ともに、空気極に反応空気を供給することにより、電解
質層を挟む燃料極−空気極間で電気化学反応に基づく発
電が行われる。燃料改質器２の水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、その反応熱は付属のバ−ナ−の燃焼熱により
供給するが、ＣＯ変成器３の変成反応および燃料電池１
の電気化学反応は発熱反応であり、それぞれの反応温度
を維持するために冷却を必要とする。そこで、水蒸気分
離器５および循環ポンプ６を含む冷却水循環系４を設
け、所定温度の冷却水７を燃料電池１に積層された冷却
板に循環させて発電生成熱を回収し、燃料電池１を運転
温度に保持するとともに、ＣＯ変成器３にも冷却水７を
循環して生成熱を回収し、反応温度を保持するよう構成
される。
【０００３】また、生成熱を回収して高温となった冷却
水７を飽和水と水蒸気（スチ−ム）８とに分離する水蒸
気分離器５は、飽和状態の冷却水７の温度を一定に維持
することによってスチ−ム８の圧力を一定に保持するた
め、通常圧力が低下した場合には外部から補助熱を供給
し、圧力が高くなった場合には水蒸気や温水の形で熱を
外部に放出する温度調節を行うよう構成される。さら
に、水蒸気分離器５で発生した水蒸気（スチ−ム）８の
一部は、流量調節弁１２を介し，流量調節弁１１を介し
て供給される原燃料と混合され、水蒸気改質反応に必要
な反応水として燃料改質器２に供給され、かつスチ−ム
８の持つ熱量も原燃料の加熱源および水蒸気改質反応に
必要な反応熱の一部として利用される。スチ−ム８の他
の一部は外部の熱利用設備１６に送られて燃料電池発電
システムの排熱が有効利用される。さらにまた、スチ−
ム８を熱媒体または反応水として有効利用することによ
り水蒸気分離器５内の冷却水７が不足するため、給水ポ
ンプ１５および給水調整弁１４を介して純水を補給し、
水蒸気分離器５内の水位を一定レベルに保つよう制御さ
れる。即ち、従来の燃料電池発電システムでは、水蒸気
分離器内の水位を水位検出器が検出し、その検出信号に
より設定水位より所定レベル液面が低下したことを感知
したレベル調節器１７が、弁１４を開閉して純水の供給
を間欠的に制御し、水蒸気分離器内の液面をその設定レ
ベルに保持するフィ−ドバック制御方法が知られてい
る。
水７を飽和水と水蒸気（スチ−ム）８とに分離する水蒸
気分離器５は、飽和状態の冷却水７の温度を一定に維持
することによってスチ−ム８の圧力を一定に保持するた
め、通常圧力が低下した場合には外部から補助熱を供給
し、圧力が高くなった場合には水蒸気や温水の形で熱を
外部に放出する温度調節を行うよう構成される。さら
に、水蒸気分離器５で発生した水蒸気（スチ−ム）８の
一部は、流量調節弁１２を介し，流量調節弁１１を介し
て供給される原燃料と混合され、水蒸気改質反応に必要
な反応水として燃料改質器２に供給され、かつスチ−ム
８の持つ熱量も原燃料の加熱源および水蒸気改質反応に
必要な反応熱の一部として利用される。スチ−ム８の他
の一部は外部の熱利用設備１６に送られて燃料電池発電
システムの排熱が有効利用される。さらにまた、スチ−
ム８を熱媒体または反応水として有効利用することによ
り水蒸気分離器５内の冷却水７が不足するため、給水ポ
ンプ１５および給水調整弁１４を介して純水を補給し、
水蒸気分離器５内の水位を一定レベルに保つよう制御さ
れる。即ち、従来の燃料電池発電システムでは、水蒸気
分離器内の水位を水位検出器が検出し、その検出信号に
より設定水位より所定レベル液面が低下したことを感知
したレベル調節器１７が、弁１４を開閉して純水の供給
を間欠的に制御し、水蒸気分離器内の液面をその設定レ
ベルに保持するフィ−ドバック制御方法が知られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一定温度を
保持すべき水蒸気分離器５内の冷却水７の温度は、純水
を補給することにより低下し、冷却水温度と平衡関係に
ある水蒸気分離器内の水蒸気圧力が低下するため、原燃
料に添加するスチ−ム流量、および熱利用設備に供給す
るスチ−ム流量が低下する。ことに、従来の燃料電池発
電システムでは純水の補給を間欠的に制御する方式であ
り、水蒸気分離器内の水位が低くなったときに給水を開
始し、水位が設定レベルに復帰したときに給水を停止す
るため、給水の周期に併せて水蒸気分離器５内の温度お
よび圧力が変動し、これが原因でスチ−ムの供給量が周
期的に変化し、安定した熱量を熱負荷としての燃料改質
器２および熱利用設備１６に供給できないという問題が
発生する。
保持すべき水蒸気分離器５内の冷却水７の温度は、純水
を補給することにより低下し、冷却水温度と平衡関係に
ある水蒸気分離器内の水蒸気圧力が低下するため、原燃
料に添加するスチ−ム流量、および熱利用設備に供給す
るスチ−ム流量が低下する。ことに、従来の燃料電池発
電システムでは純水の補給を間欠的に制御する方式であ
り、水蒸気分離器内の水位が低くなったときに給水を開
始し、水位が設定レベルに復帰したときに給水を停止す
るため、給水の周期に併せて水蒸気分離器５内の温度お
よび圧力が変動し、これが原因でスチ−ムの供給量が周
期的に変化し、安定した熱量を熱負荷としての燃料改質
器２および熱利用設備１６に供給できないという問題が
発生する。
【０００５】この発明の目的は、水蒸気分離器への純水
の供給量の変動を抑制することにより、熱負荷へのスチ
−ムの供給流量を安定化することにある。
の供給量の変動を抑制することにより、熱負荷へのスチ
−ムの供給流量を安定化することにある。
【０００６】
【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、燃料電池スタックおよびＣＯ変
成器の生成熱を回収してそれぞれ所定の運転温度に保持
する冷却水循環系が水蒸気分離器を備え、分離したスチ
−ムを原燃料に添加して燃料改質器に供給するととも
に、外部の熱利用設備に熱媒体として供給するものにお
いて、水蒸気分離器への給水量を前記スチ−ムの供給量
に比例して連続的に制御する給水制御手段を備えてなる
ものとする。
に、この発明によれば、燃料電池スタックおよびＣＯ変
成器の生成熱を回収してそれぞれ所定の運転温度に保持
する冷却水循環系が水蒸気分離器を備え、分離したスチ
−ムを原燃料に添加して燃料改質器に供給するととも
に、外部の熱利用設備に熱媒体として供給するものにお
いて、水蒸気分離器への給水量を前記スチ−ムの供給量
に比例して連続的に制御する給水制御手段を備えてなる
ものとする。
【０００７】また、給水制御手段が、スチ−ム流量検出
器の検出信号、および給水流量検出器の検出信号を受け
て給水調整弁の一次操作指令を発する主調節器を含むも
のとする。さらに、給水制御手段が、水蒸気分離器に設
けた水位検出器の検出信号および一次操作指令を受け、
設定水位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補
正した二次操作指令を給水調節弁に向けて出力する副調
節器を含むものとする。
器の検出信号、および給水流量検出器の検出信号を受け
て給水調整弁の一次操作指令を発する主調節器を含むも
のとする。さらに、給水制御手段が、水蒸気分離器に設
けた水位検出器の検出信号および一次操作指令を受け、
設定水位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補
正した二次操作指令を給水調節弁に向けて出力する副調
節器を含むものとする。
【０００８】
【作用】この発明において、熱負荷にスチ−ムを供給す
ることにより必要となる水蒸気分離器への給水量を、ス
チ−ムの供給量に比例して連続的に制御する給水制御手
段、例えば、スチ−ム流量検出器の検出信号および給水
流量検出器の検出信号を受けて給水調整弁の一次操作指
令を発する主調節器を設けるよう構成したことにより、
給水量がスチ−ム供給量に一致するよう連続的に制御す
ることが可能になり、給水量を間欠的に制御することに
よって生ずるスチ−ム供給量の周期的変動を排除して、
熱負荷にスチ−ムを安定供給する機能が得られる。
ることにより必要となる水蒸気分離器への給水量を、ス
チ−ムの供給量に比例して連続的に制御する給水制御手
段、例えば、スチ−ム流量検出器の検出信号および給水
流量検出器の検出信号を受けて給水調整弁の一次操作指
令を発する主調節器を設けるよう構成したことにより、
給水量がスチ−ム供給量に一致するよう連続的に制御す
ることが可能になり、給水量を間欠的に制御することに
よって生ずるスチ−ム供給量の周期的変動を排除して、
熱負荷にスチ−ムを安定供給する機能が得られる。
【０００９】また、給水制御手段が、水蒸気分離器に設
けた水位検出器の検出信号および一次操作指令を受け、
設定水位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補
正した二次操作指令を給水量調節弁に向けて出力する副
調節器を含むよう構成すれば、例えば水蒸気分離器内の
圧力を一定に保つために温水を放出することにより水位
が低下した場合、これを感知した副調節器が一次操作指
令を一定量増加するよう補正した二次操作指令により給
水量をカスケ−ド制御するので、水蒸気分離器内の飽和
水温度に急激な変化を生じさせることなく給水量を連続
的に制御することが可能となり、スチ−ム供給量の周期
的変動を排除して、熱負荷にスチ−ムを安定供給する機
能が得られる。
けた水位検出器の検出信号および一次操作指令を受け、
設定水位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補
正した二次操作指令を給水量調節弁に向けて出力する副
調節器を含むよう構成すれば、例えば水蒸気分離器内の
圧力を一定に保つために温水を放出することにより水位
が低下した場合、これを感知した副調節器が一次操作指
令を一定量増加するよう補正した二次操作指令により給
水量をカスケ−ド制御するので、水蒸気分離器内の飽和
水温度に急激な変化を生じさせることなく給水量を連続
的に制御することが可能となり、スチ−ム供給量の周期
的変動を排除して、熱負荷にスチ−ムを安定供給する機
能が得られる。
【００１０】
【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発電システ
ムの要部を模式化して示すシステム構成図であり、従来
技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すことによ
り、重複した説明を省略する。図において、冷却液循環
系４の水蒸気分離器５で生成したスチ−ム８は、スチ−
ム流量調節弁１２を介して燃料改質器２に，またスチ−
ム流量調節弁１３を介して熱利用設備１６にそれぞれ供
給されるが、それぞれのスチ−ム流量は流量検出器２５
および２６で検出され、その検出信号２５Ｓ，２６Ｓは
主調節器２１に入力される。また、給水調節弁２４を介
して水蒸気分離器５に供給される純水流量は流量検出器
２７により検出され、その検出信号２７Ｓも主調節器２
１に入力され、スチ−ム検出信号２５Ｓ，２６Ｓの和と
給水流量検出信号２７Ｓとの差を誤差増幅し、両者が一
致するよう給水量を制御する一次操作指令２１Ｓが副調
節器２２に向けて出力される。
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電システ
ムの要部を模式化して示すシステム構成図であり、従来
技術と同じ構成部分には同一参照符号を付すことによ
り、重複した説明を省略する。図において、冷却液循環
系４の水蒸気分離器５で生成したスチ−ム８は、スチ−
ム流量調節弁１２を介して燃料改質器２に，またスチ−
ム流量調節弁１３を介して熱利用設備１６にそれぞれ供
給されるが、それぞれのスチ−ム流量は流量検出器２５
および２６で検出され、その検出信号２５Ｓ，２６Ｓは
主調節器２１に入力される。また、給水調節弁２４を介
して水蒸気分離器５に供給される純水流量は流量検出器
２７により検出され、その検出信号２７Ｓも主調節器２
１に入力され、スチ−ム検出信号２５Ｓ，２６Ｓの和と
給水流量検出信号２７Ｓとの差を誤差増幅し、両者が一
致するよう給水量を制御する一次操作指令２１Ｓが副調
節器２２に向けて出力される。
【００１１】また、水蒸気分離器５内の水位は水位検出
器２８により検出され、その検出水位信号２８Ｓが副調
節器２２で水位設定値と比較され、検出水位が設定水位
に一致するよう一次操作指令２１Ｓを補正した二次操作
指令２２Ｓが給水調節弁２４に向けて出力される。従っ
て、給水調節弁２４はスチ−ム８の供給量に一致する量
の給水を行い、かつ水蒸気分離器５内の水位がその設定
水位に一致するようカスケ−ド制御を行うので、給水の
周期的変動および急激な変動を抑制することが可能とな
り、従って、熱利用設備や燃料改質器等の熱負荷へのス
チ−ムの供給を安定化できる利点が得られる。
器２８により検出され、その検出水位信号２８Ｓが副調
節器２２で水位設定値と比較され、検出水位が設定水位
に一致するよう一次操作指令２１Ｓを補正した二次操作
指令２２Ｓが給水調節弁２４に向けて出力される。従っ
て、給水調節弁２４はスチ−ム８の供給量に一致する量
の給水を行い、かつ水蒸気分離器５内の水位がその設定
水位に一致するようカスケ−ド制御を行うので、給水の
周期的変動および急激な変動を抑制することが可能とな
り、従って、熱利用設備や燃料改質器等の熱負荷へのス
チ−ムの供給を安定化できる利点が得られる。
【００１２】
【発明の効果】前述のように構成された給水制御手段を
有する燃料電池発電システムにおいては、給水量をスチ
−ム供給量に一致するよう連続的に制御することができ
るので、給水量を間欠的に制御することによって従来生
じたスチ−ム供給量の周期的変動が排除され、熱負荷に
スチ−ムを安定供給できる利点が得られる。また、設定
水位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補正す
る二次操作指令を発する副調節器を設けることにより、
水位の低下を感知した副調節器が一次操作指令流量を一
定量増加するよう補正した二次操作指令により給水弁の
開度をカスケ−ド制御するので、水蒸気分離器内の飽和
水温度に急激な変化を生じさせることなく給水量を連続
的に制御することが可能となり、スチ−ム供給量の周期
的変動を排除して、熱負荷にスチ−ムを安定供給できる
燃料電池発電システムを提供することができる。
有する燃料電池発電システムにおいては、給水量をスチ
−ム供給量に一致するよう連続的に制御することができ
るので、給水量を間欠的に制御することによって従来生
じたスチ−ム供給量の周期的変動が排除され、熱負荷に
スチ−ムを安定供給できる利点が得られる。また、設定
水位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補正す
る二次操作指令を発する副調節器を設けることにより、
水位の低下を感知した副調節器が一次操作指令流量を一
定量増加するよう補正した二次操作指令により給水弁の
開度をカスケ−ド制御するので、水蒸気分離器内の飽和
水温度に急激な変化を生じさせることなく給水量を連続
的に制御することが可能となり、スチ−ム供給量の周期
的変動を排除して、熱負荷にスチ−ムを安定供給できる
燃料電池発電システムを提供することができる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電システム
の要部を模式化して示すシステム構成図
の要部を模式化して示すシステム構成図
【図２】従来の燃料電池発電システムの要部を模式化し
て示すシステム構成図
て示すシステム構成図
１ 燃料電池（スタック） ２ 燃料改質器 ３ ＣＯ変成器 ４ 冷却水循環系 ５ 水蒸気分離器 ６ 循環ポンプ ７ 冷却水 ８ 水蒸気（スチ−ム） １１ 原燃料調節弁 １２ スチ−ム流量調節弁 １３ スチ−ム流量調節弁 １４ 給水弁 １５ 給水ポンプ １６ 熱利用設備 ２１ 主調節器 ２１Ｓ 一次操作指令 ２２ 副調節器 ２２Ｓ 二次操作指令 ２４ 給水調節弁 ２５ スチ−ム流量検出器 ２６ スチ−ム流量検出器 ２７ 給水流量検出器 ２８ 水位検出器
Claims (3)
- 【請求項１】燃料電池スタックおよびＣＯ変成器の生成
熱を回収してそれぞれ所定の運転温度に保持する冷却水
循環系が水蒸気分離器を備え、分離したスチ−ムを原燃
料に添加して燃料改質器に供給するとともに、外部の熱
利用装置への熱媒体として供給するものにおいて、水蒸
気分離器への給水量を前記スチ−ムの供給量に比例して
連続的に制御する給水制御手段を備えてなることを特徴
とする燃料電池発電システム。 - 【請求項２】給水制御手段が、スチ−ム流量検出器の検
出信号、および給水流量検出器の検出信号を受けて給水
調整弁の一次操作指令を発する主調節器を含むことを特
徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項３】給水制御手段が、水蒸気分離器に設けた水
位検出器の検出信号および一次操作指令を受け、設定水
位に対する検出水位の変化に対応して給水量を補正した
二次操作指令を給水調節弁に向けて出力する副調節器を
含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃
料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05757693A JP3358227B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05757693A JP3358227B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275294A true JPH06275294A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3358227B2 JP3358227B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=13059684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05757693A Expired - Fee Related JP3358227B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3358227B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008098036A (ja) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR101013857B1 (ko) * | 2008-11-10 | 2011-02-14 | 현대자동차주식회사 | 워터트랩의 응축수 배출 제어 방법 |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP05757693A patent/JP3358227B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008098036A (ja) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR101013857B1 (ko) * | 2008-11-10 | 2011-02-14 | 현대자동차주식회사 | 워터트랩의 응축수 배출 제어 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3358227B2 (ja) | 2002-12-16 |
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