JPH0722045A - 燃料電池発電装置の制御方法 - Google Patents

燃料電池発電装置の制御方法

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JPH0722045A
JPH0722045A JP5164954A JP16495493A JPH0722045A JP H0722045 A JPH0722045 A JP H0722045A JP 5164954 A JP5164954 A JP 5164954A JP 16495493 A JP16495493 A JP 16495493A JP H0722045 A JPH0722045 A JP H0722045A
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JP
Japan
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fuel cell
gas
flow rate
control valve
blower
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JP5164954A
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English (en)
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Hajime Saito
一 斉藤
Kazunori Kobayashi
和典 小林
Hidehisa Tani
秀久 谷
Kazumasa Ogura
一将 小倉
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力指令に対する負荷追従性を高めることが
できる燃料電池の制御方法を提供する。 【構成】 水素を含むアノードガス2と酸素を含むカソ
ードガス3とから発電する燃料電池20と、燃料電池を
出たアノード排ガス4をカソード排ガス7の一部で燃焼
させその熱で水蒸気1aを含む燃料ガス1をアノードガ
スに改質する改質器10と、改質器を出た燃焼排ガス5
を燃料電池に入るカソードガスに供給する排ガス循環ラ
イン30とを備え、更に燃料電池発電装置に複数の流量
調節弁51〜54及びブロア55〜57を備え、フィー
ドバック制御50により各流量調節弁及びブロアをそれ
ぞれ個別にフィードバック制御し、かつ負荷変動時の出
力指令に基づき、演算制御装置59により出力指令に対
応した各流量調節弁の開度と各ブロアの回転数をそれぞ
れ演算し、フィードバック制御に先立ち各流量調節弁の
開度と各ブロアの回転数を演算結果に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置の制
御方法に係わり、更に詳しくは、負荷変化時における溶
融炭酸塩型燃料電池の制御方法に関する。
【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。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図2に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分(例えば80%)を消費
した後、アノード排ガス4として改質器10の燃焼室C
oに供給される。燃料ガス1は燃料予熱器11により予
熱されて改質器の改質室Reに入る。改質器ではアノー
ド排ガス中の可燃成分(水素、一酸化炭素、メタン等)
を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Reを
加熱し内部を流れる燃料ガスを改質する。改質室を出た
燃焼排ガス5は、排ガス循環ライン30の空気予熱器3
2で熱回収され、凝縮器33と気水分離器34で水分を
除去され、タービン圧縮機(動力回収装置40)で加圧
された空気6が混入し、この混合ガスが空気予熱器32
で加熱されてカソードガス3に合流する。これにより、
電池のアノード側で発生した二酸化炭素が、燃焼排ガス
5を介して燃料電池用のカソードガス3に入り、燃料電
池のカソード反応に必要な二酸化炭素をカソード側Cに
供給する。カソードガス3は燃料電池内でその一部が反
応してカソード排ガス7となり、その一部はカソード入
口側に再循環され、一部は改質器10の燃焼室Coに供
給されてアノード排ガス4を燃焼させ、残りは動力回収
装置40に供給されて圧力回収され、系外に排出され
る。なお、22は燃料電池の格納容器、8は格納容器の
パージガスである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料電
池発電装置では、複数の流量調節弁やブロアがそれぞれ
個別にフィードバック制御されていた。すなわち、図2
の燃料電池発電装置は更に、燃料ガス流量調節弁51、
蒸気流量調節弁52、燃料予熱器バイパスガス流量調節
弁53、低温リサイクルブロア流量調節弁54、低温リ
サイクルブロア駆動用電動機55、高温リサイクルブロ
ア駆動用電動機56、空気ブロア駆動用電動機57、等
を備えており、それぞれの調節弁の開度及び電動機の回
転数は流量センサー又は温度センサーの検出値に応じて
個別にフィードバック制御されていた。
【0004】しかし、かかる個別のフィードバック制御
では、負荷変化時に出力指令を変化させても、燃料電池
発電装置全体が出力指令に追従するのに時間がかかる問
題点があった。すなわち、例えば図2の燃料電池発電装
置において出力指令を変化させると、燃料ガス流量調節
弁51は出力指令に応じて直ぐに制御されるが、蒸気流
量調節弁52は燃料ガス1の変化を検出した後に制御さ
れ、バイパスガス流量調節弁53は燃料ガス1に加えら
れる水蒸気1aの流量が変化し燃料電池20に入る前の
アノードガス2の温度が変化した後に制御される。従っ
て、蒸気流量調節弁52及びバイパスガス流量調節弁5
3の開度が安定するのに時間がかかっていた。その他の
流量調節弁の開度や電動機の回転数についても同様であ
る。
【0005】本発明は上述した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、出
力指令に対する負荷追従性を高めることができる燃料電
池の制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池と、燃料電池を出たアノード排ガスをカソ
ード排ガスの一部で燃焼させその熱で水蒸気を含む燃料
ガスをアノードガスに改質する改質器と、改質器を出た
燃焼排ガスを燃料電池に入るカソードガスに供給する排
ガス循環ラインと、を備えた燃料電池発電装置の制御方
法において、前記燃料電池発電装置に複数の流量調節弁
及びブロアを備え、各流量調節弁及びブロアをそれぞれ
個別にフィードバック制御し、かつ負荷変化時の出力指
令に基づき、該出力指令に対応した各流量調節弁の開度
と各ブロアの回転数をそれぞれ演算し、前記フィードバ
ック制御に先立ち各流量調節弁の開度と各ブロアの回転
数を前記演算結果に設定する、ことを特徴とする燃料電
池発電装置の制御方法が提供される。
【0007】
【作用】上記本発明の構成によれば、負荷変化時の出力
指令に基づき、該出力指令に対応した各流量調節弁の開
度と各ブロアの回転数をそれぞれ演算し、フィードバッ
ク制御に先立ち各流量調節弁の開度と各ブロアの回転数
を前記演算結果に設定するので、各流量調節弁とブロア
を負荷変化後の安定状態に近い開度及び回転数にほとん
ど制御遅れなしに追従させることができる。更に、この
先行制御の後は、通常の個別のフィードバック制御に戻
り、最適な安定状態を維持することができる。
【0008】
【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、本発明による燃料電池発電装置
の制御方法を示す制御系統図である。この図において、
51、52、53、及び54はそれぞれ、燃料ガス流量
調節弁、蒸気流量調節弁、燃料予熱器バイパスガス流量
調節弁、低温リサイクルブロア流量調節弁であり、5
5、56、57はそれぞれ、低温リサイクルブロア駆動
用電動機、高温リサイクルブロア駆動用電動機、空気ブ
ロア駆動用電動機である。また、図2に示した燃料電池
発電装置と同様に、各流量調節弁及びブロアはそれぞれ
個別にフィードバック制御される。すなわち、各流量調
節弁の制御系統にはフィードバック制御装置50がそれ
ぞれ設けられており、この制御装置50により燃料ガス
流量調節弁51は燃料ガス流量を、蒸気流量調節弁52
は蒸気流量を、燃料予熱器バイパスガス流量調節弁53
は燃料予熱器バイパスガス流量を、低温リサイクルブロ
ア流量調節弁54は低温リサイクルブロア流量を、それ
ぞれ個別にフィードバック制御するようになっている。
同様に各ブロアの制御系統にもフィードバック制御装置
50がそれぞれ設けられており、この制御装置50によ
り、低温リサイクルブロア駆動用電動機55は低温リサ
イクルブロア回転数を、高温リサイクルブロア駆動用電
動機56は高温リサイクルブロア回転数を、空気ブロア
駆動用電動機57は空気ブロア回転数を、それぞれ個別
にフィードバック制御するようになっている。なお、図
中FXは流量センサー、TXは温度センサーである。
【0009】本発明の方法によれば、負荷変化時の出力
指令に基づき、該出力指令に対応した各流量調節弁の開
度と各ブロアの回転数をそれぞれ演算し、前記フィード
バック制御に先立ち各流量調節弁の開度と各ブロアの回
転数を前記演算結果に設定する。すなわち、各制御系統
にはフィードバック制御装置50の他に演算制御装置5
9がそれぞれ設けられており、この演算制御装置59に
より、負荷変化時の出力指令に対応した各流量調節弁の
開度と各ブロアの回転数をそれぞれ演算し、フィードバ
ック制御に先立ち各流量調節弁の開度と各ブロアの回転
数を前記演算結果に設定するようになっている。かかる
方法により、各流量調節弁とブロアを負荷変化後の安定
状態に近い開度及び回転数にほとんど制御遅れなしに追
従させることができる。更に、この先行制御の後は、通
常の個別のフィードバック制御に戻り、最適な安定状態
を維持することができる。
【0010】
【発明の効果】従って本発明による燃料電池発電装置の
制御方法は、出力指令に対する負荷追従性を高めること
ができる優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料電池発電装置の制御方法を示
す制御系統図である。
【図2】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス 2 アノードガス 3 カソードガス 4 アノード排ガス 5 燃焼排ガス 6 空気 7 カソード排ガス 10 改質器 11 燃料予熱器 20 燃料電池 30 排ガス循環ライン 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 38 循環ブロア 40 動力回収装置 50 フィードバック制御装置 51 燃料ガス流量調節弁 52 蒸気流量調節弁 53 燃料予熱器バイパスガス流量調節弁 54 低温リサイクルブロア流量調節弁 55 低温リサイクルブロア駆動用電動機 56 高温リサイクルブロア駆動用電動機 57 空気ブロア駆動用電動機 59 演算制御装置 Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 一将 東京都江東区豊洲3丁目2番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素を含むアノードガスと酸素を含むカ
    ソードガスとから発電する燃料電池と、燃料電池を出た
    アノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼させその
    熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改
    質器と、改質器を出た燃焼排ガスを燃料電池に入るカソ
    ードガスに供給する排ガス循環ラインと、を備えた燃料
    電池発電装置の制御方法において、 前記燃料電池発電装置に複数の流量調節弁及びブロアを
    備え、各流量調節弁及びブロアをそれぞれ個別にフィー
    ドバック制御し、かつ負荷変化時の出力指令に基づき、
    該出力指令に対応した各流量調節弁の開度と各ブロアの
    回転数をそれぞれ演算し、前記フィードバック制御に先
    立ち各流量調節弁の開度と各ブロアの回転数を前記演算
    結果に設定する、ことを特徴とする燃料電池発電装置の
    制御方法。
JP5164954A 1993-07-05 1993-07-05 燃料電池発電装置の制御方法 Pending JPH0722045A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184441A (ja) * 2000-12-11 2002-06-28 Toyota Motor Corp 燃料電池装置
JP2011233439A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池の運転制御方法及びシステム
US8435691B2 (en) 2007-10-23 2013-05-07 Honda Motor Co., Ltd. Operation method at the time of load increase of fuel cell system
US9105895B2 (en) 2007-10-23 2015-08-11 Honda Motor Co., Ltd. Operation method at the time of load reduction of fuel cell system

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JP2002184441A (ja) * 2000-12-11 2002-06-28 Toyota Motor Corp 燃料電池装置
US8435691B2 (en) 2007-10-23 2013-05-07 Honda Motor Co., Ltd. Operation method at the time of load increase of fuel cell system
US9105895B2 (en) 2007-10-23 2015-08-11 Honda Motor Co., Ltd. Operation method at the time of load reduction of fuel cell system
JP2011233439A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池の運転制御方法及びシステム

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