JPH08195208A - 燃料電池発電プラント - Google Patents

燃料電池発電プラント

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JPH08195208A
JPH08195208A JP7022263A JP2226395A JPH08195208A JP H08195208 A JPH08195208 A JP H08195208A JP 7022263 A JP7022263 A JP 7022263A JP 2226395 A JP2226395 A JP 2226395A JP H08195208 A JPH08195208 A JP H08195208A
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JP
Japan
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fuel cell
cooling
cooling water
plant
main body
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Application number
JP7022263A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Funatsu
徹也 船津
Yuji Nagata
裕二 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却システムの冷却水温度,冷却水流量等の
プロセス値の異常時に、可能な条件でプラント運転を継
続し、プラント停止に伴ない燃料電池本体やプラント機
器が受ける熱応力の回数を低減する。 【構成】 燃料電池発電プラントの冷却システム又は2
次冷却システムのプロセス値(冷却水温度,冷却水流量
等)が予め定められた設定範囲を逸脱したとき燃料電池
本体の出力を補償制御により低減させ、その結果このプ
ロセス値を設定範囲に維持し当該プラントの運転を継続
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池本体に冷却水
を循環させる冷却システムが備えられる燃料電池発電プ
ラントに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に燃料電池発電プラントは、電池外
部から燃料と酸化剤とを連続的に供給し、その燃料の酸
化によって生ずる化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換させるものである。この燃料電池発電プラントは
通常、図9に示すように化学反応により電流を発生させ
る燃料電池本体1を冷却する電池冷却管2を備えてい
る。
【0003】燃料電池本体1は図示しない燃料極と酸化
剤極とを備え、燃料極にはメタンガスやメチルアルコー
ル等から生成された水素等の燃料が導管3を通じた供給
され、酸化剤極には導管4を通じて酸素や空気等の酸化
剤が供給される。燃料と酸化剤とは燃料電池本体1の中
で反応した後、夫々排燃料,排酸化剤となって導管5,
6を通じて排出される。
【0004】又、電池冷却管2には循環ポンプ7により
冷却水入口配管8を通じて電池に冷却水が供給される。
電池を通った排冷却水は冷却水出口配管9を経て汽水分
離器10へと送られる。汽水分離器で分離された蒸気は燃
料電池プラントの燃料改質系11へ送られ、分離された水
は冷却水供給源12へ戻される。
【0005】この汽水分離器の温度は制御装置13,温度
検出器14,調節弁15を用いることにより、熱交換器16を
通して2次冷却システム17へ放出する熱交換量を調節す
ることで維持される。2次冷却システムは制御装置13,
温度検出器18,プラント冷却塔19を用いてこの冷却シス
テムからの熱を大気中へ放散することで温度を維持す
る。
【0006】通常、燃料電池発電プラントを構成する機
器は、運転に適した温度,圧力,流量の範囲を持ってお
り、この範囲を逸脱して長時間運転することは機器に重
大な損傷をもたらす可能性がある。このため、プラント
運転中は常に機器保護上又はプラント運転上重要である
と思われるプロセス値を監視し、もしこのプロセス値が
予め定められた範囲を逸脱したときは、プラントを停止
することで機器又はプラントを保護するという対応がと
られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラン
ト停止時には燃料電池本体は発電の停止,残留ガスのパ
ージ,運転温度からの冷却、又、その他の機器に関して
も同様に運転温度からの冷却を強いられることになるた
め、頻繁な停止操作は燃料電池本体や機器が受ける熱応
力等を考えると必ずしも好ましいとは言えない。又、プ
ラントの運用面に対しても頻繁なプラント停止はプラン
トの稼働率を低下させ、プラントの信頼性を悪くすると
いった課題があった。
【0008】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、予め選定されたプロセス値の異常に対し
てプラントの出力を下げることで燃料電池本体や機器が
受ける熱応力の回数を低減することの可能な燃料電池発
電プラントを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
燃料電池発電プラントは、燃料電池本体と、この燃料電
池本体に冷却水を供給して冷却させる冷却システムと、
この冷却システムの前記冷却水と2次冷却水を熱交換さ
せ前記冷却水を冷却する2次冷却システムを備えた燃料
電池発電プラントにおいて、当該プラント運転中に前記
冷却システム又は前記2次冷却システムのプロセス値が
予め定められた設定範囲を逸脱したとき、前記燃料電池
本体の出力を低減させる制御手段を備えた。
【0010】本発明の請求項2に係る燃料電池発電プラ
ントは、請求項1において、前記制御手段は、前記冷却
システムの冷却水又は前記2次冷却システムの2次冷却
水の冷却水温度又は冷却水流量を検出する検出手段と、
検出した冷却水温度又は冷却水流量が予め定められた設
定値を逸脱したか否かを判定する判定手段と、設定値を
逸脱したと判定されたとき所定の割合で前記燃料電池本
体の出力指令値を減算する補償手段とを備えた。
【0011】本発明の請求項3に係る燃料電池発電プラ
ントは、燃料電池本体と、この燃料電池本体に冷却水を
供給して冷却させる冷却システムと、この冷却システム
の前記冷却水と2次冷却水を熱交換しこの2次冷却水を
複数の冷却機器にて冷却する2次冷却システムを備えた
燃料電池発電プラントにおいて、前記2次冷却システム
の複数の冷却機器の夫々の運転状態を検出する検出手段
と、検出した夫々の運転状態から前記冷却機器の停止個
数を判定する判定手段と、前記冷却機器の停止個数に応
じた補償量で前記燃料電池本体の出力指令値を減算して
出力する補償手段とを備えた。
【0012】
【作用】本発明の請求項1に係る燃料電池発電プラント
は、予め選定されたプラントのプロセス値が所定範囲を
逸脱すると、燃料電池本体の出力を低減させるようにす
る。これによりプロセス値を所定範囲内に維持すること
ができる。
【0013】本発明の請求項2に係る燃料電池発電プラ
ントは、冷却システム又は2次冷却システムの冷却水温
度及び冷却水流量が予め定められた値を超えると、所定
の割合で燃料電池本体の出力指令値を減算する。これに
より冷却水の温度を所定値以下に維持することができ
る。
【0014】本発明の請求項3に係る燃料電池発電プラ
ントは、2次冷却システムの運転状態から冷却機器の停
止個数を判定し、その停止個数に応じて燃料電池本体の
出力指令値を減算する。これにより冷却水の温度を所定
値以下に維持することができる。
【0015】
【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図1
は本発明の燃料電池発電プラントの一実施例の構成図で
ある。図1において図9と同一部分については同一符号
を付して説明を省略する。本実施例では制御装置13は検
出器20の値を監視しており、この値が設定範囲内にある
かどうかでプラントの状態を判断している。
【0016】なお、検出器20は冷却システム又は2次冷
却システムの代表プロセス値としてプラントの出力との
相関が強く、更に出力が小さい方が設定値に対してより
安定した応答を示すプロセス値、例えば温度や圧力,流
量である。従って、本検出器20の設置場所は上記条件を
満たすプロセス値が検出できる場所であればどこでもよ
い。
【0017】次に本実施例の作用について説明する。制
御装置13は例えば図2に示すように、検出器20の値が設
定範囲を一定時間以上はずれた時は、プラントの出力指
令値をオペレータの指令値から望ましい出力指令値に切
り替える。このためプラントは望ましい出力までの一定
のレートで出力を絞っていく。
【0018】検出器20が検出する値はプラントの出力と
の相関が強く、更に出力が小さい方が設定値に対してよ
り安定した応答を示すため、検出器20の値は設定範囲内
に復帰する。これにより冷却システム又は2次冷却シス
テムのプロセス値を設定範囲内に維持することができ
る。
【0019】上記実施例によれば、燃料電池プラントの
制御装置は予め設定されたプラントのプロセス値が予め
定められた範囲からはずれた場合であっても、出力指令
値をオペレータの指令とは独立に予め定められた出力に
切り替えることができるため、プロセス値を予め定めら
れた範囲内に維持することができ、プラント運転を継続
することができる。
【0020】次に、上記実施例におけるプロセス値を冷
却システム又は2次冷却システムの冷却水温度とする実
施例について説明する。本実施例の燃料電池発電プラン
トのシステム機器構成は図1又は図8と同様である。特
徴となる構成は、制御装置13が汽水分離器付きの温度検
出器14の検出値と2次冷却システム内のプラント冷却塔
付きの温度検出器18の検出値とから図3に示すように制
御量を演算補償するようにしたものである。
【0021】つまり、調節弁15が何らかの理由により制
御できなくなったとき、あるいは調節弁15が全開しても
更に冷却水の温度が設定値を超えてしまったとき、ある
いはプラント冷却塔19のファンが回らなくなったとき、
あるいはプラント冷却塔では熱を全部放散できなくなっ
たときには、制御装置13は例えば図3に示すように温度
検出器14又は18の値が設定値を一定時間以上超えたこと
を判断して、プラントの出力指令値を現在の指令値から
一定の割合で下げていく。
【0022】出力の低下にともない燃料電池本体の発熱
量が減少するため冷却水の温度は低下する。制御装置13
は温度検出器14又は18が予め定められた値以下に達した
とき、出力を絞るのを止めてその出力にてプラント運転
を継続する。
【0023】本実施例によれば、燃料電池プラントの制
御装置は冷却システム又は2次冷却システムの冷却水温
度が予め定められた値を超えた場合でも、出力指令値を
オペレータの指令とは無関係に徐々に下げていき、冷却
水温度が予め定められた値以下に達したとき出力を絞る
のを止めて、その出力にて運転を継続するようにしたの
で、冷却水の温度を予め定められた値以下に維持するこ
とができる。なお、温度検出器14,18の設置場所は図示
した場所に限らず、温度検出器14は電池本体の入口管8
や出口管9に、温度検出器18はプラント冷却塔19の入口
に設置しても構わない。
【0024】次に、プロセス値を冷却システム又は2次
冷却システムの冷却水流量とする実施例について説明す
る。図4は本発明の燃料電池発電プラントの一実施例の
構成図である。図4において図8と同一部分については
同一符号を付して説明を省略する。なお、流量検出器21
の設置場所は図示した場所に限らず、電池本体1の冷却
水循環ポンプ上流に設置してもよい。そして制御装置13
は流量検出器21の値を監視しており、この値が設定値以
上であるかどうかでプラント状態を判断し、冷却水入口
管に設けた流量検出器21の検出値とから図5に示すよう
に制御量を演算するようにしたものである。
【0025】つまり、制御装置13は例えば図5に示すよ
うに、流量検出器21の値が設定値以下を一定時間以上継
続したときは、プラントの出力指令値を現在の指令値か
ら一定の割合で下げていく。出力の低下にともない燃料
電池本体の発熱量が減少するため燃料電池本体内で冷却
水の蒸発量が減少して流量は増加する。
【0026】制御装置13は流量検出器21が予め定められ
た値以上に達したとき出力を絞るのを止めて、その出力
にてプラント運転を継続する。これにより冷却水の流量
を予め定められた値以上に維持することができる。
【0027】本実施例によれば、燃料電池プラントの制
御装置は冷却システム又は2次冷却システムの冷却水流
量が予め定められた値より減少した場合でも、出力指令
値をオペレータの指令とは無関係に徐々に下げていき、
冷却水流量が予め定められた値以上に達したとき出力を
絞るのを止めて、その出力にて運転を継続するようにし
たので、冷却水の流量を予め定められた値以上に維持す
ることができる。
【0028】図6は本発明の燃料電池発電プラントの他
の実施例の構成図である。図6において図8と同一部分
については同一符号を付して説明を省略する。図6では
プラント冷却塔19にファンの稼働状態を検出する検出器
22をn個(n=1,…,i,…,n)設けたものであ
り、これがONであるかどうかでプラント冷却塔の状態
を判断するようにしている。
【0029】つまり、制御装置13は例えば図7に示すよ
うに、プラント冷却塔19のファンiの稼働状態検出器22
-iの出力がファンiの故障等によりOFF(停止)にな
ったときは、プラントの出力指令値を現在の指令値から
OFFになったファンの個数に応じて、予め決められた
出力まで絞る。出力の低下にともない燃料電池本体の発
熱量が減少するため冷却水の温度は低下する。
【0030】本実施例によれば、燃料電池プラントの制
御装置は2次冷却システムのプラント冷却塔の機能の一
部が故障、例えば一部の冷却ファンの停止や破損が起こ
った場合でも、出力指令値をオペレータの指令とは無関
係に故障の程度に応じて予め定められた出力に切り替え
るようにしたので、プラントの冷却塔の機能の低下によ
る冷却水の温度上昇を防ぐことができ、冷却水の温度を
予め定められた値以下に維持することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば予
め選定されたプロセス値の異常に対してはプラントの出
力を下げることでプロセス値を正常に戻し、プラントを
停止せず運転を継続することができるため、燃料電池本
体や機器が受ける熱応力の回数を低減できる、信頼性の
高い、安定でより実用的な燃料電池発電プラントを提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電プラントの一実施例の構
成図。
【図2】図1に示す燃料電池発電プラントの制御ロジッ
ク図。
【図3】他の実施例の燃料電池発電プラントの制御ロジ
ック図。
【図4】他の実施例の燃料電池発電プラントの構成図。
【図5】図4に示す燃料電池発電プラントの制御ロジッ
ク図。
【図6】本発明の燃料電池発電プラントの他の実施例の
構成図。
【図7】図6に示す燃料電池発電プラントの制御ロジッ
ク図。
【図8】従来の燃料電池発電プラントの構成図。
【符号の説明】
1 燃料電池本体 2 電池冷却管 3 燃料極入口管 4 酸化剤極入口管 5 燃料極出口管 6 酸化剤極出口管 7 循環ポンプ 8 冷却水入口管 9 冷却水出口管 10 汽水分離器 11 燃料改質系 12 冷却水供給源 13 制御装置 14 温度検出器 15 調節弁 16 熱交換器 17 2次冷却システム 18 2次冷却システム温度検出器 19 プラント冷却塔 20 プロセス検出器 21 流量検出器 22 ファンの稼働状態検出器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料電池本体と、この燃料電池本体に冷
    却水を供給して冷却させる冷却システムと、この冷却シ
    ステムの前記冷却水と2次冷却水を熱交換させ前記冷却
    水を冷却する2次冷却システムを備えた燃料電池発電プ
    ラントにおいて、当該プラント運転中に前記冷却システ
    ム又は前記2次冷却システムのプロセス値が予め定めら
    れた設定範囲を逸脱したとき、前記燃料電池本体の出力
    を低減させる制御手段を備えたことを特徴とする燃料電
    池発電プラント。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、前記冷却システムの冷
    却水又は前記2次冷却システムの2次冷却水の冷却水温
    度又は冷却水流量を検出する検出手段と、検出した冷却
    水温度又は冷却水流量が予め定められた設定値を逸脱し
    たか否かを判定する判定手段と、設定値を逸脱したと判
    定されたとき所定の割合で前記燃料電池本体の出力指令
    値を減算する補償手段とを有することを特徴とする請求
    項1記載の燃料電池発電プラント。
  3. 【請求項3】 燃料電池本体と、この燃料電池本体に冷
    却水を供給して冷却させる冷却システムと、この冷却シ
    ステムの前記冷却水と2次冷却水を熱交換しこの2次冷
    却水を複数の冷却機器にて冷却する2次冷却システムを
    備えた燃料電池発電プラントにおいて、前記2次冷却シ
    ステムの複数の冷却機器の夫々の運転状態を検出する検
    出手段と、検出した夫々の運転状態から前記冷却機器の
    停止個数を判定する判定手段と、前記冷却機器の停止個
    数に応じた補償量で前記燃料電池本体の出力指令値を減
    算して出力する補償手段とを有することを特徴とする燃
    料電池発電プラント。
JP7022263A 1995-01-17 1995-01-17 燃料電池発電プラント Pending JPH08195208A (ja)

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