JPH07101613B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents

Fuel cell power generation system

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JPH07101613B2
JPH07101613B2 JP60104438A JP10443885A JPH07101613B2 JP H07101613 B2 JPH07101613 B2 JP H07101613B2 JP 60104438 A JP60104438 A JP 60104438A JP 10443885 A JP10443885 A JP 10443885A JP H07101613 B2 JPH07101613 B2 JP H07101613B2
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fuel
flow rate
electrode
valve
fuel cell
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勝 田中
伸二 守友
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Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • YGENERAL 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
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池の燃料極と酸化剤極(以下、空気極と
称する)における極間差圧を一定値に制御する極間差圧
制御手段を備えて成る燃料電池発電システムの改良に関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an inter-electrode differential pressure control means for controlling the inter-electrode differential pressure between a fuel electrode and an oxidizer electrode (hereinafter, referred to as an air electrode) of a fuel cell to a constant value. The present invention relates to an improvement of a fuel cell power generation system including the.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

従来、燃料の有している化学的エネルギーを直接電気的
エネルギーに変換するものとして燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質を挟んで一対の多孔質
電極を配置するとともに、一方の電極である燃料極の背
面に水素等の燃料を接触させ、また他方の電極である空
気極の背面に酸素等の酸化剤を接触させ、このとき起こ
る電気化学的反応を利用して上記電極間から電気エネル
ギーを取りだすようにしたものであり、上記燃料と酸化
剤が供給されている限り高い変換効率で電気エネルギー
を取り出すことができるものである。
BACKGROUND ART Conventionally, a fuel cell is known as a device that directly converts the chemical energy of fuel into electrical energy. In this fuel cell, usually, a pair of porous electrodes are arranged with an electrolyte sandwiched between them, fuel such as hydrogen is brought into contact with the back surface of the fuel electrode that is one electrode, and oxygen is used on the back surface of the air electrode that is the other electrode. It is designed to bring electrical energy out between the electrodes by using an electrochemical reaction that occurs at the time of contact with an oxidizing agent such as It can extract energy.

またこの種の燃料電池においては、燃料としての水素ガ
スを、原料ガスを水蒸気改質することによって生成する
ための燃料改質器を備えて燃料電池発電システムを構成
していることが多い。この燃料改質器は、内部に改質反
応触媒層が設けられた改質管の内側に原料ガスおよび水
蒸気の混合ガスを導入し、かつ上記改質管の外側に燃焼
用燃料および燃焼用空気を燃焼器により燃焼して得られ
た高温加熱ガスを通過させることにより、上記混合ガス
を改質ガスに改質して負荷としての燃料電池へ供給する
ようにしたものである。
Further, in this type of fuel cell, a fuel cell power generation system is often configured with a fuel reformer for producing hydrogen gas as a fuel by steam reforming a raw material gas. In this fuel reformer, a mixed gas of a raw material gas and steam is introduced inside a reforming pipe having a reforming reaction catalyst layer provided inside, and combustion fuel and combustion air are introduced outside the reforming pipe. By passing a high-temperature heating gas obtained by combusting the above with a combustor, the mixed gas is reformed into a reformed gas and supplied to a fuel cell as a load.

ところで、この種の燃料改質器を備えた燃料電池発電シ
ステムにおいては、水蒸気改質反応の熱源として、上記
燃料改質器で水蒸気改質によって得られた水素を含む改
質ガスを、上記燃料電池にて発電に使用した後の水素を
含む排燃料をその燃焼用燃料として用いるようにするこ
とが、燃料電池発電システムの熱効率の面からは好まし
いものである。
By the way, in a fuel cell power generation system including a fuel reformer of this type, the reformed gas containing hydrogen obtained by steam reforming in the fuel reformer is used as the heat source of the steam reforming reaction, From the viewpoint of the thermal efficiency of the fuel cell power generation system, it is preferable to use the exhaust fuel containing hydrogen, which has been used for power generation in the battery, as the combustion fuel.

第2図は、この種の燃料改質器を備えた燃料電池発電シ
ステムの構成例を示すものである。図において、1は空
気を圧縮して圧縮空気を得る例えばターボ・コンプレッ
サ等からなる空気処理装置、2は原料ガスおよび水蒸気
の混合ガスを供給する原燃料供給装置である。また、3
は内部に改質反応触媒層が設けられた改質管31の内側に
上記原燃料供給装置2からの原料ガスおよび水蒸気の混
合ガスを導入し、かつ上記改質管31の外側に燃焼用燃料
および燃焼用空気を燃焼器32により燃焼して得られた高
温加熱ガスを通過させることにより、上記混合ガスを改
質ガスに改質する燃料改質器である。さらに、4は上記
燃料改質器3からの改質ガスを燃料供給ライン5、燃料
流量調節弁6を介して燃料として燃料極41に導入すると
共に、上記空気処理装置1で得られた圧縮空気を空気供
給ライン7、空気流量調節弁8を介し酸化剤として空気
極42に導入し、これらを電気化学的に反応させて発電を
行なう燃料電池で、その発電に使用した後の燃料を極間
差圧調節弁9、排燃料ライン10を介し上記燃料改質器3
への燃焼用燃料として排出すると共に、同じく発電に使
用した後の空気を排空気ライン11を介し上記燃料改質器
3への燃焼用空気として排出するようにしている。さら
にまた、12は上記燃料電池4の燃料極41と空気極42にお
ける差圧を検出する差圧検出器13からの検出出力を基
に、当該差圧を常に一定値に保つように上記極間差圧調
節弁9の開度を制御する弁制御器で、これら極間差圧調
節弁9、弁制御器12および差圧検出器13から極間差圧制
御手段が構成されている。
FIG. 2 shows a configuration example of a fuel cell power generation system equipped with this type of fuel reformer. In the figure, reference numeral 1 is an air treatment apparatus for compressing air to obtain compressed air, which is composed of, for example, a turbo compressor, and 2 is a raw fuel supply apparatus for supplying a mixed gas of a raw material gas and steam. Also, 3
Introduces the mixed gas of the raw material gas and the steam from the raw fuel supply device 2 into the reforming pipe 31 in which the reforming reaction catalyst layer is provided, and the combustion fuel to the outside of the reforming pipe 31. And a fuel reformer for reforming the mixed gas into a reformed gas by passing a high-temperature heating gas obtained by burning the combustion air in the combustor 32. Further, 4 introduces the reformed gas from the fuel reformer 3 as a fuel into the fuel electrode 41 through the fuel supply line 5 and the fuel flow rate control valve 6, and at the same time, the compressed air obtained by the air treatment device 1 is introduced. Is introduced into the air electrode 42 as an oxidant through the air supply line 7 and the air flow rate control valve 8, and these are electrochemically reacted to generate electric power. The fuel reformer 3 through the differential pressure control valve 9 and the exhaust fuel line 10
In addition to being discharged as combustion fuel to the fuel reformer 3, the air that has been used for power generation is also discharged to the fuel reformer 3 through the exhaust air line 11. Furthermore, 12 is based on the detection output from the differential pressure detector 13 which detects the differential pressure between the fuel electrode 41 and the air electrode 42 of the fuel cell 4, so as to maintain the differential pressure at a constant value. A valve controller that controls the opening degree of the differential pressure adjusting valve 9, and the inter-electrode differential pressure controlling means comprises the inter-electrode differential pressure adjusting valve 9, the valve controller 12 and the differential pressure detector 13.

[背景技術の問題点] しかしながら、以上のような燃料改質器を備えた燃料電
池発電システムにおいては、システムの連続最低負荷か
ら目標負荷まで負荷急増を行なう場合に次のような問題
が生じる。すなわち、いま例えば燃料電池発電システム
の連続最低負荷(例えば25%)から目標負荷(例えば10
0%)まで負荷急増を行なう場合、燃料流量調節弁6お
よび空気流量調節弁8の開制御によって、燃料電池4へ
導入される圧縮空気および改質ガスはその流量が急増す
る。そして、これにより仮に空気極42側に極間差圧が過
大となったような時には、差圧検出器13からの検出出力
を基に当該差圧を一定値に保つように、弁制御器12によ
り上記極間差圧調節弁9の開度が閉方向に制御されるこ
とになる。しかし、かかる燃料電池発電システムでは、
上述したように燃料電池4での発電に使用した後の燃料
を極間差圧調節弁9、排燃料ライン10を介し、燃料改質
器3へその燃焼用燃料として導入するように構成してい
ることから、上記の如きシステムの負荷急増時(過渡変
動時)に極間差圧調節弁9の開度が閉方向に絞られたこ
とにより、燃料改質器3の燃焼器32が安定に燃焼を継続
するのに最低限必要な燃焼用燃料流量を確保することが
不可能となる。その結果、燃料改質器3の燃焼器32の燃
焼が非常に不安定となり、場合によっては燃焼器32が失
火(火が消える)してしまうというような問題がある。
[Problems of Background Art] However, in the fuel cell power generation system including the fuel reformer as described above, the following problems occur when the load is rapidly increased from the continuous minimum load of the system to the target load. That is, for example, from the continuous minimum load (for example, 25%) of the fuel cell power generation system to the target load (for example, 10%).
When the load is rapidly increased to 0%), the flow rates of the compressed air and the reformed gas introduced into the fuel cell 4 are rapidly increased by controlling the opening of the fuel flow rate control valve 6 and the air flow rate control valve 8. Thus, if the inter-electrode differential pressure on the air electrode 42 side becomes excessive, the valve controller 12 keeps the differential pressure at a constant value based on the detection output from the differential pressure detector 13. Thus, the opening degree of the inter-electrode differential pressure control valve 9 is controlled in the closing direction. However, in such a fuel cell power generation system,
As described above, the fuel after being used for power generation in the fuel cell 4 is introduced into the fuel reformer 3 as its combustion fuel through the inter-electrode differential pressure control valve 9 and the exhaust fuel line 10. Therefore, when the load of the system is suddenly increased (transient fluctuation) as described above, the opening degree of the inter-electrode differential pressure control valve 9 is narrowed in the closing direction, so that the combustor 32 of the fuel reformer 3 becomes stable. It becomes impossible to secure the minimum required fuel flow rate for combustion to continue combustion. As a result, the combustion of the combustor 32 of the fuel reformer 3 becomes extremely unstable, and in some cases, there is a problem that the combustor 32 misfires (fire disappears).

[発明の目的] 本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的はシステムの負荷急増時(過渡変動時)
における極間差圧調節弁の絞りによる燃焼器への燃料供
給不足を避け、常時最低限の燃焼用燃料流量を確保して
燃焼器の燃焼不安定や失火を確実に防止することが可能
な信頼性の高い燃料電池発電システムを提供することに
ある。
[Object of the Invention] The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to rapidly increase the load of the system (during transient fluctuation).
It is possible to avoid insufficiency of fuel supply to the combustor due to throttling of the inter-electrode differential pressure control valve, to always ensure the minimum combustion fuel flow rate, and to reliably prevent combustion instability and misfire in the combustor. To provide a highly reliable fuel cell power generation system.

[発明の概要] 上記目的を達成するために本発明においては、空気を圧
縮して圧縮空気を得る空気処理装置と、内部に改質反応
触媒層が設けられ、原料ガスおよび水蒸気の混合ガスを
導入し、かつ燃焼用燃料および燃焼用空気を内部の燃焼
器により燃焼して得られた熱を混合ガスに伝えることに
より当該混合ガスを改質ガスに改質する燃料改質器と、
燃料改質器からの改質ガスを燃料として燃料極に導入す
ると共に空気処理装置で得られた圧縮空気を酸化剤とし
て酸化剤極に導入し、これらを電気化学的に反応させて
発電を行ない、かつこの発電に使用した後の燃料を排燃
料ラインを介し燃料改質器への燃焼用燃料として排出す
る燃料電池と、排燃料ライン上に設けられ、燃料改質器
の燃焼器における失火防止用の最低限の燃料流量の通路
が常時確保されている燃料流量調節機構と、燃料電池の
燃料極と酸化剤極における差圧を一定値に保つように燃
料流量調節機構における燃料流量を制御する流量制御器
とを備えたものである。
[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, in the present invention, an air treatment device for compressing air to obtain compressed air and a reforming reaction catalyst layer are provided inside, and a mixed gas of a raw material gas and steam is provided. A fuel reformer for introducing and burning the combustion fuel and the combustion air by the internal combustor to transfer the heat obtained to the mixed gas to reform the mixed gas into a reformed gas;
The reformed gas from the fuel reformer is introduced into the fuel electrode as fuel, and the compressed air obtained in the air treatment device is introduced into the oxidant electrode as an oxidant, and these are reacted electrochemically to generate electricity. And a fuel cell that discharges the fuel after being used for power generation as a fuel for combustion to the fuel reformer through the exhaust fuel line, and misfire prevention in the combustor of the fuel reformer provided on the exhaust fuel line. Fuel flow rate control mechanism that always secures the minimum fuel flow rate passage for fuel control, and controls the fuel flow rate in the fuel flow rate control mechanism so that the differential pressure between the fuel electrode and the oxidizer electrode of the fuel cell is maintained at a constant value. And a flow rate controller.

また、前記燃料流量調節機構を、排燃料ライン上に設け
られ、流量制御器により前記燃料電池の燃料極と酸化剤
極における差圧を一定値に保つように開度が制御される
第1の弁と、第1の弁をバイパスするように設けられた
バイパスラインと、バイパスライン上に設けられ、最低
限の燃料流量を得るように弁開度が設定された第2の弁
とで構成している。
Further, the fuel flow rate adjusting mechanism is provided on the exhaust fuel line, and the opening degree is controlled by the flow rate controller so that the differential pressure between the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell is maintained at a constant value. A valve, a bypass line provided to bypass the first valve, and a second valve provided on the bypass line and having a valve opening set to obtain a minimum fuel flow rate. ing.

さらに、前記燃料流量調節機構を、最低限の燃料流量の
通路が常時確保されると共に、流量制御器により前記燃
料電池の燃料極と酸化剤極における差圧を一定値に保つ
ように開度が制御されるオリフィス弁で構成している。
Further, the fuel flow rate adjusting mechanism is provided with a passage for a minimum fuel flow rate at all times, and a flow rate controller adjusts the opening so as to keep the differential pressure between the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell at a constant value. It consists of a controlled orifice valve.

このように構成することによって、流量制御器が、たと
え燃料電池の燃料極と酸化剤極における差圧を一定値に
保つために燃料流量調節機構における燃料流量を大幅に
絞ったとしても、燃料流量調節機構には失火防止用の最
低限の燃料流量の通路が確保されているので、燃焼器に
最低限必要な燃料が供給され、燃焼器の燃焼が安定に行
われる。
With this configuration, even if the flow rate controller drastically reduces the fuel flow rate in the fuel flow rate adjusting mechanism in order to keep the differential pressure between the fuel electrode and the oxidizer electrode of the fuel cell at a constant value, Since the control mechanism is provided with a passage for the minimum fuel flow rate for preventing misfire, the minimum required fuel is supplied to the combustor, and combustion in the combustor is performed stably.

なお、燃料流量調節機構を構成する第2の弁の開度又は
オリフィス弁の最低開度によって確保される最低限の燃
料流量は、燃料改質器の燃焼器における失火防止用の最
低限の燃料流量である。この失火防止用の最低限の燃料
流量は、通常状態で前記差圧が一定値に保持されている
場合における第1の弁の開度又はオリフィス弁の開度に
比較して、例えば1/10以下のごく僅かな流量である。し
たがって、この1/10以下のわずかな量の燃料が常時通流
していたとしても、弁制御器において、前記第1の弁又
はオリフィス弁の開度を調整して、前記差圧を一定値に
十分制御することが可能である。
The minimum fuel flow rate ensured by the opening degree of the second valve or the minimum opening degree of the orifice valve that constitutes the fuel flow rate adjusting mechanism is the minimum fuel quantity for preventing misfire in the combustor of the fuel reformer. The flow rate. The minimum fuel flow rate for preventing misfire is, for example, 1/10 of the opening of the first valve or the opening of the orifice valve when the differential pressure is maintained at a constant value in a normal state. The following is a very small flow rate. Therefore, even if a small amount of fuel equal to or less than 1/10 is constantly flowing, the valve controller adjusts the opening of the first valve or the orifice valve to set the differential pressure to a constant value. It can be controlled sufficiently.

[発明の実施例] 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。
第1図は、本発明による燃料電池発電システムの構成例
を示すもので、第2図と同一部分には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。つまり、第1図は第2図における第1の弁として
の極間差圧調節弁9に対して、これをバイパスするよう
にバイパスライン14を設け、さらにこのバイパスライン
14上には前記燃料改質器3の燃焼器32が燃焼するのに最
低限必要な燃料流量を得るように弁開度が固定設定され
た第2の弁としてのバイパス弁15を設けて構成するよう
にしたものである。ここで、極間差圧調節弁9,バイパス
ランン14,バイパス弁15は燃料流量調節機構を構成す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention shown in the drawings will be described below.
FIG. 1 shows a configuration example of a fuel cell power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described here. That is, FIG. 1 is provided with a bypass line 14 for bypassing the inter-electrode differential pressure adjusting valve 9 as the first valve in FIG.
A bypass valve 15 as a second valve having a valve opening fixedly set so as to obtain a minimum required fuel flow rate for combustion in the combustor 32 of the fuel reformer 3 is provided on the valve 14. It is something that is done. Here, the inter-electrode differential pressure control valve 9, the bypass run 14, and the bypass valve 15 constitute a fuel flow rate control mechanism.

かかる構成の燃料電池発電システムにおいて、原燃料供
給装置2から供給される原料ガスおよび水蒸気の混合ガ
スは燃料改質器3の改質管31へ導入され、燃焼器32によ
り燃焼して得られた高温加熱ガスによって改質ガスに改
質され、負荷指令値に応じた流量が燃料供給ライン5上
にある燃料流量調節弁6で調節されて燃料電池4の燃料
極41へ供給される。一方、空気処理装置6から供給され
る圧縮空気は、上記負荷指令値に応じた流量が空気供給
ライン7上にある空気流量調節弁8で調節されて燃料電
池4の空気極42へ供給される。そして、燃料電池4では
これらを電気化学的に反応させて発電を行ない、この発
電に使用された排燃料は排燃料ライン10を通して上記燃
料改質器3の燃焼器32への燃焼用燃料として、また同じ
く発電に使用された排空気は排空気ライン11を通し燃料
改質器3の燃焼器32への燃焼用空気として夫々供給され
る。一方、上記排燃料ライン10上に設けられた極間差圧
調節弁9は、上記燃焼電池4における燃焼極41と空気極
42との極間差圧が一定値となるように流量制御器として
の弁制御器12によってその開く度が制御されている。ま
た、上記極間差圧調節弁9をバイパスするバイパスライ
ン14上に設けられたバイパス弁15は、上記燃料改質器3
の燃焼器32が燃焼するのに最低限必要な燃料流量を得る
ように弁開度が常に一定に固定されている。
In the fuel cell power generation system having such a configuration, the mixed gas of the raw material gas and the steam supplied from the raw fuel supply device 2 is introduced into the reforming pipe 31 of the fuel reformer 3 and burned by the combustor 32. The reformed gas is reformed by the high-temperature heating gas, and the flow rate according to the load command value is adjusted by the fuel flow rate control valve 6 on the fuel supply line 5 and supplied to the fuel electrode 41 of the fuel cell 4. On the other hand, the compressed air supplied from the air treatment device 6 is supplied to the air electrode 42 of the fuel cell 4 after the flow rate according to the load command value is adjusted by the air flow rate adjusting valve 8 on the air supply line 7. . Then, in the fuel cell 4, these are electrochemically reacted to generate power, and the exhaust fuel used for this power generation is burned to the combustor 32 of the fuel reformer 3 through the exhaust fuel line 10 as combustion fuel. Similarly, the exhaust air used for power generation is supplied to the combustor 32 of the fuel reformer 3 as combustion air through the exhaust air line 11. On the other hand, the inter-electrode differential pressure control valve 9 provided on the exhaust fuel line 10 is provided with the combustion electrode 41 and the air electrode in the combustion cell 4.
The degree of opening is controlled by the valve controller 12 as a flow rate controller so that the inter-electrode differential pressure with 42 becomes a constant value. In addition, the bypass valve 15 provided on the bypass line 14 that bypasses the inter-electrode differential pressure control valve 9 has the bypass valve 15
The valve opening is constantly fixed so as to obtain the minimum required fuel flow rate for the combustor 32 of FIG.

次に、このような状態からいま例えば負荷指令値を増加
させて、燃料電池発電システムの負荷を連続最低負荷
(例えば25%)から目標負荷(例えば100%)まで負荷
急増を行なう場合には、燃料流量調節弁6および空気流
量調節弁8の開制御によって、燃料電池4へ導入される
圧縮空気および改質ガスはその流量が急増する。そし
て、これにより仮に空気極42側に極間差圧が過大となっ
たような時には、差圧検出器13からの検出出力を基に当
該差圧を一定値に保つように、弁制御器12により上記極
間差圧調節弁9の開度が閉方向に絞り制御されることに
なる。この場合、本実施例の燃料電池発電システムで
は、燃料電池4での発電に使用した後の燃料を燃料改質
器3の燃焼器32へ供給する排燃料ライン10上の極間差圧
調節弁9に対して、これをバイパスするように弁開度が
常に一定に固定されたバイパス弁15を有するバイパスラ
イン14を設ける構成としていることから、上記負荷急増
時(過渡変動時)に極間差圧調節弁9の開度が閉方向に
絞られても、極間差圧調節弁9の弁開度に関係なく燃料
改質器3の燃焼器32へ燃焼に最低限必要な流量の燃料が
常に確保されることになる。その結果、燃料改質器3の
燃焼器32の燃焼が極めて安定となり、従来のような燃焼
器32の失火を確実に防止することが可能となる。
Next, if, for example, the load command value is increased from this state and the load of the fuel cell power generation system is rapidly increased from the continuous minimum load (for example, 25%) to the target load (for example, 100%), By controlling the opening of the fuel flow rate control valve 6 and the air flow rate control valve 8, the flow rates of the compressed air and the reformed gas introduced into the fuel cell 4 increase rapidly. Thus, if the inter-electrode differential pressure on the air electrode 42 side becomes excessive, the valve controller 12 keeps the differential pressure at a constant value based on the detection output from the differential pressure detector 13. As a result, the opening degree of the inter-electrode differential pressure control valve 9 is throttle-controlled in the closing direction. In this case, in the fuel cell power generation system of the present embodiment, the inter-electrode differential pressure control valve on the exhaust fuel line 10 that supplies the fuel after being used for power generation in the fuel cell 4 to the combustor 32 of the fuel reformer 3 9 is configured to have a bypass line 14 having a bypass valve 15 whose valve opening is always fixed so as to bypass it, so that the gap between poles is increased when the load suddenly increases (transient fluctuation). Even if the opening degree of the pressure control valve 9 is narrowed in the closing direction, the combustor 32 of the fuel reformer 3 is provided with the minimum required flow rate of fuel regardless of the valve opening degree of the inter-electrode differential pressure control valve 9. It will always be secured. As a result, the combustion of the combustor 32 of the fuel reformer 3 becomes extremely stable, and it is possible to reliably prevent the misfire of the combustor 32 as in the conventional case.

以上から、本実施例構成の燃料電池発電システムでは次
のような効果を得ることができるものである。
From the above, the fuel cell power generation system of the present embodiment can obtain the following effects.

(a)従来問題となっていたシステムの負荷急増時(過
渡変化時)における極間差圧調節弁9の開度絞り込みに
よる、燃料改質器3の燃焼器32に対する燃焼用燃料の供
給不足を解決でき、燃焼器32の燃焼不安定および失火を
確実に防止することが可能となる。
(A) Insufficient supply of combustion fuel to the combustor 32 of the fuel reformer 3 due to narrowing of the opening of the inter-electrode differential pressure control valve 9 during a rapid load increase (transient change) of the system, which has been a problem in the past. It is possible to solve the problem, and it is possible to reliably prevent unstable combustion and misfire of the combustor 32.

(b)仮に極間差圧調節弁9が誤動作して弁が全閉状態
になっても、極間差圧調節弁9をバイパスする燃料流量
が常に流れているので、極間差圧が超過大となることを
防止することができ、燃料電池4を保護する上で極めて
有効的である。
(B) Even if the inter-electrode differential pressure control valve 9 malfunctions and the valve is fully closed, the fuel flow rate bypassing the inter-electrode differential pressure control valve 9 is constantly flowing, so the inter-electrode differential pressure exceeds the limit. It can be prevented from becoming large and is extremely effective in protecting the fuel cell 4.

尚、上記実施例においてはシステムの負荷急増時(過渡
変化時)に燃料改質器3の燃焼器32へ供給する最低限必
要燃料流量を確保する手段として、極間差圧調節弁9を
バイパスするバイパスライン14およびバイパス弁15を設
けた場合について述べたが、次のような手段を講じるよ
うにしても同様の効果が得られるものである。
In the above embodiment, the inter-electrode differential pressure control valve 9 is bypassed as a means for ensuring the minimum required fuel flow rate to be supplied to the combustor 32 of the fuel reformer 3 when the system load increases suddenly (transient change). The case where the bypass line 14 and the bypass valve 15 are provided has been described, but the same effect can be obtained even if the following means are taken.

(a)極間差圧調節弁9をバイパスするバイパスライン
14上にあるバイパス弁15を調節弁に代えるようにしても
よい。
(A) Bypass line that bypasses the inter-electrode differential pressure control valve 9
The bypass valve 15 above 14 may be replaced with a control valve.

(b)極間差圧調節弁9をバイパスするバイパスライン
14上にあるバイパス弁15を、流量調節機能を有するもの
例えば燃料改質器3の燃焼器32における失火防止用の最
低限の燃料流量が確保されているオリフィス等に代える
ようにしてもよい。
(B) Bypass line that bypasses the inter-electrode differential pressure control valve 9
The bypass valve 15 located above 14 may be replaced with an element having a flow rate adjusting function, such as an orifice in which a minimum fuel flow rate for preventing misfire is secured in the combustor 32 of the fuel reformer 3.

(c)極間差圧調節弁9をバイパスするバイパスライン
14を設けずに、極間差圧調節弁9をオリフィス弁として
もよい。この場合、失火防止用の最低限の燃料流量が確
保されている燃料流量調節機構としてのオリフィス弁の
開度は、極間差圧調節弁9の場合と同様に、弁制御器12
からの開度制御指令に基づいて、燃料電池の燃料極と酸
化極における差圧を一定値に保つように開度が制御され
る。このように構成することによって、システムの構成
を簡素化できる。
(C) Bypass line that bypasses the inter-electrode differential pressure control valve 9
The inter-electrode differential pressure adjusting valve 9 may be an orifice valve without providing 14. In this case, the opening degree of the orifice valve as the fuel flow rate adjusting mechanism that secures the minimum fuel flow rate for preventing misfire is the same as in the case of the inter-electrode differential pressure adjusting valve 9.
The opening degree is controlled so that the differential pressure between the fuel electrode and the oxidizing electrode of the fuel cell is maintained at a constant value based on the opening control command from the. With this configuration, the system configuration can be simplified.

(d)極間差圧調節弁9に対して、ある一定開度以上絞
られないように機械的なインターロックをかけるように
してもよい。
(D) A mechanical interlock may be applied to the inter-electrode differential pressure control valve 9 so that the valve cannot be throttled beyond a certain opening.

その他、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。
In addition, the present invention can be variously modified and implemented within the scope of the invention.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、燃料電池と燃料改
質器とを接続する排燃料ライン上に、燃料改質器の燃焼
器における失火防止用の最低限の燃料流量の通路が常時
確保された燃料流量調節機構を設けている。したがっ
て、システムの負荷急増時(過渡変動時)における極間
差圧調節弁の絞りによる燃焼器への燃料供給不足を避
け、常時最低限の燃焼用燃料流量を確保して燃焼器の燃
焼不安定や失火を確実に防止することが可能な極めて信
頼性の高い燃料電池発電システムが提供できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the minimum fuel flow rate for preventing misfire in the combustor of the fuel reformer is provided on the exhaust fuel line connecting the fuel cell and the fuel reformer. Is provided with a fuel flow rate adjusting mechanism in which the passage is always secured. Therefore, avoid a shortage of fuel supply to the combustor due to throttling of the inter-pole differential pressure control valve during a sudden increase in system load (transient fluctuation), and always ensure a minimum combustion fuel flow rate to ensure combustion instability of the combustor. It is possible to provide a highly reliable fuel cell power generation system capable of reliably preventing fire and misfire.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は従来
の燃料電池発電システムを示す構成図である。 1……空気処理装置、2……原燃料供給装置、 3……燃料改質器、31……改質反応管、32……燃焼器、
4……燃料電池、41……燃料極、42……空気極、 5……燃料供給ライン、6……燃料流量調節弁、 7……空気供給ライン、8……空気流量調節弁、 9……極間差圧調節弁、10……排燃料ライン、 11……排空気ライン、12……弁制御器、 13……差圧検出器、14……バイパスライン、 15……バイパス弁。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a conventional fuel cell power generation system. 1 ... Air treatment device, 2 ... Raw fuel supply device, 3 ... Fuel reformer, 31 ... Reforming reaction tube, 32 ... Combustor,
4 ... Fuel cell, 41 ... Fuel electrode, 42 ... Air electrode, 5 ... Fuel supply line, 6 ... Fuel flow rate control valve, 7 ... Air supply line, 8 ... Air flow rate control valve, 9 ... … Differential pressure control valve between poles, 10 …… Exhaust fuel line, 11 …… Exhaust air line, 12 …… Valve controller, 13 …… Differential pressure detector, 14 …… Bypass line, 15 …… Bypass valve.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】空気を圧縮して圧縮空気を得る空気処理装
置と、 内部に改質反応触媒層が設けられ、原料ガスおよび水蒸
気の混合ガスを導入し、かつ燃焼用燃料および燃焼用空
気を内部の燃焼器により燃焼して得られた熱を前記混合
ガスに伝えることにより当該混合ガスを改質ガスに改質
する燃料改質器と、 前記燃料改質器からの改質ガスを燃料として燃料極に導
入すると共に前記空気処理装置で得られた圧縮空気を酸
化剤として酸化剤極に導入し、これらを電気化学的に反
応させて発電を行ない、かつこの発電に使用した後の燃
料を排燃料ラインを介し前記燃料改質器への燃焼用燃料
として排出する燃料電池と、 前記排燃料ライン上に設けられ、前記燃料改質器の燃焼
器における失火防止用の最低限の燃料流量の通路が常時
確保されている燃料流量調節機構と、 前記燃料電池の燃料極と酸化剤極における差圧を一定値
に保つように前記燃料流量調節機構における燃料流量を
制御する流量制御器と を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電システム。
1. An air treatment device for compressing air to obtain compressed air, and a reforming reaction catalyst layer provided therein, for introducing a mixed gas of a raw material gas and steam, and for producing a combustion fuel and a combustion air. A fuel reformer for reforming the mixed gas into a reformed gas by transmitting the heat obtained by combustion by an internal combustor to the mixed gas; and the reformed gas from the fuel reformer as a fuel. The compressed air obtained by the air treatment device is introduced into the oxidant electrode as an oxidant and introduced into the fuel electrode, and these are electrochemically reacted to generate power, and the fuel after being used for this power generation is A fuel cell for discharging as combustion fuel to the fuel reformer through an exhaust fuel line, and a minimum fuel flow rate for preventing misfire in the combustor of the fuel reformer, which is provided on the exhaust fuel line. The passage is always secured A fuel flow rate adjusting mechanism, and a flow rate controller for controlling the fuel flow rate in the fuel flow rate adjusting mechanism so as to maintain the pressure difference between the fuel electrode and the oxidizer electrode of the fuel cell at a constant value. Fuel cell power generation system.
【請求項2】前記燃料流量調節機構は、 前記排燃料ライン上に設けられ、前記流量制御器により
前記燃料電池の燃料極と酸化剤極における差圧を一定値
に保つように開度が制御される第1の弁と、 前記第1の弁をバイパスするように設けられたバイパス
ラインと、 前記バイパスライン上に設けられ、前記最低限の燃料流
量を得るように弁開度が設定された第2の弁と とで構成されたことをと特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の燃料電池発電システム。
2. The fuel flow rate adjusting mechanism is provided on the exhaust fuel line, and the opening degree is controlled by the flow rate controller so as to maintain the differential pressure between the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell at a constant value. A first valve, a bypass line provided to bypass the first valve, and a valve opening provided on the bypass line to obtain the minimum fuel flow rate. A second valve and a second valve.
The fuel cell power generation system according to the item.
【請求項3】前記燃料流量調節機構は、前記最低限の燃
料流量の通路が常時確保されると共に、前記流量制御器
により前記燃料電池の燃料極と酸化剤極における差圧を
一定値に保つように開度が制御されるオリフィス弁であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電
池発電システム。
3. The fuel flow rate adjusting mechanism always secures a passage for the minimum fuel flow rate, and keeps a differential pressure between a fuel electrode and an oxidizer electrode of the fuel cell at a constant value by the flow rate controller. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell power generation system is an orifice valve whose opening is controlled as described above.
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