JPH08250139A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH08250139A JPH08250139A JP7055369A JP5536995A JPH08250139A JP H08250139 A JPH08250139 A JP H08250139A JP 7055369 A JP7055369 A JP 7055369A JP 5536995 A JP5536995 A JP 5536995A JP H08250139 A JPH08250139 A JP H08250139A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】システムの効率を低下させることなく、燃焼空
気および反応空気の流量が、長期にわたり適正に、かつ
応答性よく制御できる燃料電池発電装置とする。 【構成】燃焼空気コントローラ１０で、燃焼排ガス酸素
濃度計６で測定した燃焼排ガスの酸素濃度と燃料電池発
電装置の負荷条件より制御条件を演算し、燃焼空気調節
弁に制御信号を送って弁開度を調整して燃焼空気の流量
を制御する。また、反応空気コントローラ１１で、電池
排ガス酸素濃度計７で測定した反応排ガスの酸素濃度と
燃料電池発電装置の負荷条件より制御条件を演算し、反
応空気調節弁に制御信号を送って弁開度を調整して反応
空気の流量を制御する。
気および反応空気の流量が、長期にわたり適正に、かつ
応答性よく制御できる燃料電池発電装置とする。 【構成】燃焼空気コントローラ１０で、燃焼排ガス酸素
濃度計６で測定した燃焼排ガスの酸素濃度と燃料電池発
電装置の負荷条件より制御条件を演算し、燃焼空気調節
弁に制御信号を送って弁開度を調整して燃焼空気の流量
を制御する。また、反応空気コントローラ１１で、電池
排ガス酸素濃度計７で測定した反応排ガスの酸素濃度と
燃料電池発電装置の負荷条件より制御条件を演算し、反
応空気調節弁に制御信号を送って弁開度を調整して反応
空気の流量を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置、特
に常圧で使用される燃料電池発電装置の反応空気と燃料
ガス改質装置用の燃焼空気の流量制御装置に関する。
に常圧で使用される燃料電池発電装置の反応空気と燃料
ガス改質装置用の燃焼空気の流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、常圧で使用される燃料電池発電
装置のガス系統の従来例を示す系統図である。図におい
て、模式的に示した燃料電池本体１には、電解質層と、
これを挟持する燃料極と空気極、ならびに発電時の発熱
を除去するための冷却板が組み込まれている。燃料極に
は、原燃料を燃料ガス改質装置２へ送り、スチームを加
えて加熱、改質して得られる水素濃度の高い燃料ガスが
供給され、一方、空気極にはブロア３によって送り込ま
れる反応空気が供給される。また、ブロア３によって送
り込まれる空気の一部は、燃焼空気として、燃料極より
排出される未反応水素を含む排ガスとともに、第１熱交
換器を通して燃料ガス改質装置２に付設されるバーナへ
と送られて燃焼され、燃料ガス改質装置２の加熱に用い
られる。燃焼反応に伴う水分を含んだ燃焼排ガスは、空
気極より排出される排ガスとともに、第２熱交換器９へ
送られ、冷却して水分を凝縮、除去したのち排気され
る。
装置のガス系統の従来例を示す系統図である。図におい
て、模式的に示した燃料電池本体１には、電解質層と、
これを挟持する燃料極と空気極、ならびに発電時の発熱
を除去するための冷却板が組み込まれている。燃料極に
は、原燃料を燃料ガス改質装置２へ送り、スチームを加
えて加熱、改質して得られる水素濃度の高い燃料ガスが
供給され、一方、空気極にはブロア３によって送り込ま
れる反応空気が供給される。また、ブロア３によって送
り込まれる空気の一部は、燃焼空気として、燃料極より
排出される未反応水素を含む排ガスとともに、第１熱交
換器を通して燃料ガス改質装置２に付設されるバーナへ
と送られて燃焼され、燃料ガス改質装置２の加熱に用い
られる。燃焼反応に伴う水分を含んだ燃焼排ガスは、空
気極より排出される排ガスとともに、第２熱交換器９へ
送られ、冷却して水分を凝縮、除去したのち排気され
る。
【０００３】燃料電池発電装置の発電運転を適正に制御
するには、負荷すなわち発電量に対応して反応ガスの流
量を適正に保持する必要があり、負荷の変動に対応して
応答性よく追随することが必要である。このため、図３
の従来例の空気供給系統においては、燃料ガス改質装置
２に送られる燃焼空気の供給系統に燃焼空気調節弁４と
燃焼空気流量計２１を設置し、また空気極に送られる反
応空気の供給系統に反応空気調節弁５と反応空気流量計
２２を設置して、負荷に対応して各流量を制御する方法
が採られている。
するには、負荷すなわち発電量に対応して反応ガスの流
量を適正に保持する必要があり、負荷の変動に対応して
応答性よく追随することが必要である。このため、図３
の従来例の空気供給系統においては、燃料ガス改質装置
２に送られる燃焼空気の供給系統に燃焼空気調節弁４と
燃焼空気流量計２１を設置し、また空気極に送られる反
応空気の供給系統に反応空気調節弁５と反応空気流量計
２２を設置して、負荷に対応して各流量を制御する方法
が採られている。
【０００４】図４は、常圧で使用される燃料電池発電装
置のガス系統の他の従来例を示す系統図である。本図の
ガス系統の上記の図３のガス系統との差異は、燃焼空気
と反応空気の供給系統に設けられた流量調整方式にあ
る。本図のガス系統では、燃料電池発電装置の負荷条件
を与える負荷信号を受けて、燃焼空気調節弁４と反応空
気調節弁５に制御信号を与えるコントローラ２０が付設
されている。コントローラ２０には、図５に例示したよ
うな、燃焼空気供給系統の燃焼空気調節弁４の開度と燃
焼空気流量との特性と、反応空気供給系統の反応空気調
節弁５の開度と反応空気流量との特性が予め組み込まれ
ており、負荷条件により選定される各流量に対応して、
燃焼空気調節弁４と反応空気調節弁５を所定の弁開度に
調整して各流量を制御するものである。
置のガス系統の他の従来例を示す系統図である。本図の
ガス系統の上記の図３のガス系統との差異は、燃焼空気
と反応空気の供給系統に設けられた流量調整方式にあ
る。本図のガス系統では、燃料電池発電装置の負荷条件
を与える負荷信号を受けて、燃焼空気調節弁４と反応空
気調節弁５に制御信号を与えるコントローラ２０が付設
されている。コントローラ２０には、図５に例示したよ
うな、燃焼空気供給系統の燃焼空気調節弁４の開度と燃
焼空気流量との特性と、反応空気供給系統の反応空気調
節弁５の開度と反応空気流量との特性が予め組み込まれ
ており、負荷条件により選定される各流量に対応して、
燃焼空気調節弁４と反応空気調節弁５を所定の弁開度に
調整して各流量を制御するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図３に示したように空
気供給系統に調節弁と空気流量計とを設置して流量を調
整する方式においては、応答性のよい流量制御ができ、
かつ確実に所定の流量を得ることができる。しかしなが
ら、この方式では負荷に対応して広範囲にわたり測定可
能な空気流量計を組み込むこととなるので、空気流量計
の圧損に対応してブロアの吐出圧を高くする必要があ
り、このためブロアの所要動力が大きくなり、燃料電池
発電装置のシステムの効率が低下してしまうという問題
点がある。
気供給系統に調節弁と空気流量計とを設置して流量を調
整する方式においては、応答性のよい流量制御ができ、
かつ確実に所定の流量を得ることができる。しかしなが
ら、この方式では負荷に対応して広範囲にわたり測定可
能な空気流量計を組み込むこととなるので、空気流量計
の圧損に対応してブロアの吐出圧を高くする必要があ
り、このためブロアの所要動力が大きくなり、燃料電池
発電装置のシステムの効率が低下してしまうという問題
点がある。
【０００６】一方、図４に示した例のように、予め設定
した調節弁の開度と流量との特性条件を用いてコントロ
ーラにより空気供給系統の調節弁を調整する方式におい
ては、応答性のよい流量制御ができ、かつ、空気流量計
を組み込む必要がないのでブロアの所要動力が小さくて
よく、上記のごとき燃料電池発電装置のシステムの効率
の低下は起こらない。しかしながら、この方式において
も、燃料電池発電装置を長時間使用すると、例えばフィ
ルタのつまり等によって空気供給、排出系統の流路抵抗
の経時変化が生じるので、調節弁の開度と流量との特性
が予め設定された特性と異なってしまい、また、例えば
屋外据え付け型の燃料電池発電装置のように、気温や気
圧に大きな差が生じると、調節弁の開度が同一でも実際
の流量は変動してしまうので、所定の空気流量が得られ
なくなるという難点がある。
した調節弁の開度と流量との特性条件を用いてコントロ
ーラにより空気供給系統の調節弁を調整する方式におい
ては、応答性のよい流量制御ができ、かつ、空気流量計
を組み込む必要がないのでブロアの所要動力が小さくて
よく、上記のごとき燃料電池発電装置のシステムの効率
の低下は起こらない。しかしながら、この方式において
も、燃料電池発電装置を長時間使用すると、例えばフィ
ルタのつまり等によって空気供給、排出系統の流路抵抗
の経時変化が生じるので、調節弁の開度と流量との特性
が予め設定された特性と異なってしまい、また、例えば
屋外据え付け型の燃料電池発電装置のように、気温や気
圧に大きな差が生じると、調節弁の開度が同一でも実際
の流量は変動してしまうので、所定の空気流量が得られ
なくなるという難点がある。
【０００７】この発明は、上述のごとき問題点を考慮し
てなされたもので、その目的は、システムの効率を低下
させることなく、燃焼空気および反応空気の流量が、長
期にわたり適正に、かつ応答性よく制御される燃料電池
発電装置を提供することにある。
てなされたもので、その目的は、システムの効率を低下
させることなく、燃焼空気および反応空気の流量が、長
期にわたり適正に、かつ応答性よく制御される燃料電池
発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、電解質層と燃料極と空気極と
を備える燃料電池本体の燃料極に燃料ガス改質装置で改
質される改質燃料ガスを供給し、空気極に反応空気を供
給して電気化学反応により直流電力を得る燃料電池発電
装置で、燃焼空気を燃料極から排出される燃料排ガスと
ともに燃料ガス改質装置に供給し、加熱に用いる燃料電
池発電装置に、燃料ガス改質装置より排出される燃焼排
ガスを通流する燃焼排ガス配管に付設される酸素濃度計
と、燃焼空気の供給配管に設けられる流量調整手段と、
酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発電装置の負荷条件
を与える負荷信号を受けて流量調整手段に制御信号を出
力する燃焼空気コントローラよりなる空気流量制御装置
を備えることとする。
めに、本発明においては、電解質層と燃料極と空気極と
を備える燃料電池本体の燃料極に燃料ガス改質装置で改
質される改質燃料ガスを供給し、空気極に反応空気を供
給して電気化学反応により直流電力を得る燃料電池発電
装置で、燃焼空気を燃料極から排出される燃料排ガスと
ともに燃料ガス改質装置に供給し、加熱に用いる燃料電
池発電装置に、燃料ガス改質装置より排出される燃焼排
ガスを通流する燃焼排ガス配管に付設される酸素濃度計
と、燃焼空気の供給配管に設けられる流量調整手段と、
酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発電装置の負荷条件
を与える負荷信号を受けて流量調整手段に制御信号を出
力する燃焼空気コントローラよりなる空気流量制御装置
を備えることとする。
【０００９】さらに、上記の流量調整手段として、燃焼
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは燃焼空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとする。
また、電解質層と燃料極と空気極とを備えた電池本体の
燃料極に燃料ガス改質装置で改質された改質燃料ガスを
供給し、空気極に反応空気を供給して電気化学反応によ
り直流電力を得る燃料電池発電装置に、空気極より排出
される排ガスを通流する電池排ガス配管に付設される酸
素濃度計と、反応空気の供給配管に設けられる流量調整
手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発電装置の
負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調整手段に制御
信号を出力する反応空気コントローラよりなる空気流量
制御装置を備えることとする。
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは燃焼空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとする。
また、電解質層と燃料極と空気極とを備えた電池本体の
燃料極に燃料ガス改質装置で改質された改質燃料ガスを
供給し、空気極に反応空気を供給して電気化学反応によ
り直流電力を得る燃料電池発電装置に、空気極より排出
される排ガスを通流する電池排ガス配管に付設される酸
素濃度計と、反応空気の供給配管に設けられる流量調整
手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発電装置の
負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調整手段に制御
信号を出力する反応空気コントローラよりなる空気流量
制御装置を備えることとする。
【００１０】さらに、上記の流量調整手段として、反応
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは反応空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとする。
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは反応空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとする。
【００１１】
【作用】燃料ガス改質装置に供給される燃焼空気は、原
燃料を燃料ガス改質装置へ送り、改質して得られる水素
濃度の高い燃料ガスが燃料電池本体の燃料極で負荷に相
当する電池反応により水素を消費して生じる未反応の水
素を含む燃料極排出ガスと、燃料ガス改質装置のバーナ
で酸素と水素の燃焼反応を起こして上記の原燃料の改質
に寄与したのち、未反応の酸素を含んだ燃焼排ガスが排
出されることとなる。したがって、燃焼排ガスの酸素濃
度〔ｘ〕は、供給される燃焼空気の流量〔ＱRF〕と、原
燃料の流量〔ＱF 〕と、燃料電池発電装置の負荷条件す
なわち負荷電流〔Ｉ〕と、燃料ガス改質装置および燃料
電池本体の特性値より定まり、簡略化して表示すると、
次式（１）のごとくとなる。
燃料を燃料ガス改質装置へ送り、改質して得られる水素
濃度の高い燃料ガスが燃料電池本体の燃料極で負荷に相
当する電池反応により水素を消費して生じる未反応の水
素を含む燃料極排出ガスと、燃料ガス改質装置のバーナ
で酸素と水素の燃焼反応を起こして上記の原燃料の改質
に寄与したのち、未反応の酸素を含んだ燃焼排ガスが排
出されることとなる。したがって、燃焼排ガスの酸素濃
度〔ｘ〕は、供給される燃焼空気の流量〔ＱRF〕と、原
燃料の流量〔ＱF 〕と、燃料電池発電装置の負荷条件す
なわち負荷電流〔Ｉ〕と、燃料ガス改質装置および燃料
電池本体の特性値より定まり、簡略化して表示すると、
次式（１）のごとくとなる。
【００１２】
【数１】 ＱRF＝〔ＱF ×（α−εｘ）−β×（１−ｘ）×Ｉ〕／（γ−ｘ） （１） 本式において、α、β、γならびにεは定数であり、ま
た原燃料の流量〔ＱF〕は、通常、一定にして運転され
るので、燃焼排ガスの酸素濃度〔ｘ〕はＱRFとＩとで定
まり、逆に、負荷電流〔Ｉ〕と燃焼排ガスの酸素濃度
〔ｘ〕より燃焼空気の流量〔ＱRF〕が定まることとな
る。
た原燃料の流量〔ＱF〕は、通常、一定にして運転され
るので、燃焼排ガスの酸素濃度〔ｘ〕はＱRFとＩとで定
まり、逆に、負荷電流〔Ｉ〕と燃焼排ガスの酸素濃度
〔ｘ〕より燃焼空気の流量〔ＱRF〕が定まることとな
る。
【００１３】したがって、燃料電池発電装置に、燃焼排
ガス配管に付設される酸素濃度計と、燃焼空気の供給配
管に設けられる流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信
号と燃料電池発電装置の負荷条件を与える負荷信号を受
けて流量調整手段に制御信号を出力する燃焼空気コント
ローラよりなる空気流量制御装置を備えて、負荷電流
〔Ｉ〕と、上記の酸素濃度計で測定された燃焼排ガスの
酸素濃度〔ｘ〕を用いて流量調整手段を制御すれば、系
統の流路抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されること
なく、かつ圧損を伴う空気流量計を付設しなくとも、的
確に燃焼空気の流量〔ＱRF〕が制御されることとなる。
ガス配管に付設される酸素濃度計と、燃焼空気の供給配
管に設けられる流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信
号と燃料電池発電装置の負荷条件を与える負荷信号を受
けて流量調整手段に制御信号を出力する燃焼空気コント
ローラよりなる空気流量制御装置を備えて、負荷電流
〔Ｉ〕と、上記の酸素濃度計で測定された燃焼排ガスの
酸素濃度〔ｘ〕を用いて流量調整手段を制御すれば、系
統の流路抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されること
なく、かつ圧損を伴う空気流量計を付設しなくとも、的
確に燃焼空気の流量〔ＱRF〕が制御されることとなる。
【００１４】とくに、上記の流量調整手段として、燃焼
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは燃焼空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いれば、式（１）
に対応して与えられる燃焼空気調整弁の弁開度、あるい
は燃焼空気ブロアの回転数を予め燃焼空気コントローラ
の演算機能に組み込むことにより、燃焼空気の流量が的
確に制御されることとなる。
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは燃焼空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いれば、式（１）
に対応して与えられる燃焼空気調整弁の弁開度、あるい
は燃焼空気ブロアの回転数を予め燃焼空気コントローラ
の演算機能に組み込むことにより、燃焼空気の流量が的
確に制御されることとなる。
【００１５】一方、燃料電池本体の空気極へ供給される
反応空気は、空気極で負荷に相当する電池反応により酸
素を消費し、未反応の酸素を含む排ガスが排出されるこ
ととなる。したがって、反応空気の排ガス、すなわち電
池排ガスの酸素濃度〔ｙ〕は、供給される反応空気の流
量〔ＱFC〕と、燃料電池発電装置の負荷条件すなわち負
荷電流〔Ｉ〕と、燃料電池本体の特性値より定まり、簡
略化して表示すると、次式（２）のごとくとなる。
反応空気は、空気極で負荷に相当する電池反応により酸
素を消費し、未反応の酸素を含む排ガスが排出されるこ
ととなる。したがって、反応空気の排ガス、すなわち電
池排ガスの酸素濃度〔ｙ〕は、供給される反応空気の流
量〔ＱFC〕と、燃料電池発電装置の負荷条件すなわち負
荷電流〔Ｉ〕と、燃料電池本体の特性値より定まり、簡
略化して表示すると、次式（２）のごとくとなる。
【００１６】
【数２】 ＱFC＝ａ×Ｉ×ｂ×（１−ｙ）／（ｂ−ｙ） （２） 本式において、ａならびにｂは定数であるので、反応排
ガスの酸素濃度〔ｙ〕はＱFCとＩとで定まり、逆に、負
荷電流〔Ｉ〕と反応排ガスの酸素濃度〔ｙ〕より反応空
気の流量〔ＱFC〕が定まることとなる。
ガスの酸素濃度〔ｙ〕はＱFCとＩとで定まり、逆に、負
荷電流〔Ｉ〕と反応排ガスの酸素濃度〔ｙ〕より反応空
気の流量〔ＱFC〕が定まることとなる。
【００１７】したがって、燃料電池発電装置に、空気極
より排出される排ガスを通流する電池排ガス配管に付設
される酸素濃度計と、反応空気の供給配管に設けられる
流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発
電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調整手
段に制御信号を出力する反応空気コントローラよりなる
空気流量制御装置を備えて、負荷電流〔Ｉ〕と、上記の
酸素濃度計で測定された反応排ガスの酸素濃度〔ｙ〕の
測定値を用いて流量調整手段を制御すれば、経時変化や
気温、気圧に左右されることなく、かつ圧損を伴う空気
流量計を付設しなくとも、的確に反応空気の流量
〔ＱFC〕が制御できることとなる。
より排出される排ガスを通流する電池排ガス配管に付設
される酸素濃度計と、反応空気の供給配管に設けられる
流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発
電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調整手
段に制御信号を出力する反応空気コントローラよりなる
空気流量制御装置を備えて、負荷電流〔Ｉ〕と、上記の
酸素濃度計で測定された反応排ガスの酸素濃度〔ｙ〕の
測定値を用いて流量調整手段を制御すれば、経時変化や
気温、気圧に左右されることなく、かつ圧損を伴う空気
流量計を付設しなくとも、的確に反応空気の流量
〔ＱFC〕が制御できることとなる。
【００１８】とくに、上記の流量調整手段として、反応
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは反応空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとすれ
ば、式（２）に対応して与えられる反応空気調整弁の弁
開度、あるいは反応空気ブロアの回転数を予め反応空気
コントローラの演算機能に組み込むことにより、反応空
気の流量が的確に制御されることとなる。
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは反応空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとすれ
ば、式（２）に対応して与えられる反応空気調整弁の弁
開度、あるいは反応空気ブロアの回転数を予め反応空気
コントローラの演算機能に組み込むことにより、反応空
気の流量が的確に制御されることとなる。
【００１９】
【実施例】図１は、本発明による空気流量の制御装置の
第１の実施例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系統
図である。図において、図３あるいは図４に示した従来
例と同一の機能を有する構成部品には同一の符号を付し
て重複する説明は省略する。
第１の実施例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系統
図である。図において、図３あるいは図４に示した従来
例と同一の機能を有する構成部品には同一の符号を付し
て重複する説明は省略する。
【００２０】本図に示した実施例の図３あるいは図４に
示した従来例との第１の差異は、燃料改質装置２のバー
ナより排出され第１熱交換器８を経て第２熱交換器９へ
と送られる燃焼排ガスの排出管に、燃焼排ガス酸素濃度
計６が設置され、この燃焼排ガス酸素濃度計６の出力と
負荷信号を受ける燃焼空気コントローラ１０により、ブ
ロア３で供給され第１熱交換器８を経て燃料改質装置２
のバーナへ送られる燃焼空気の流量を調整する燃焼空気
調節弁４が制御されていることにあり、第２の差異は、
燃料電池本体１の空気極より排出され第２熱交換器９へ
と送られる反応空気の排出ガスすなわち電池排ガスの排
出管に、電池排ガス酸素濃度計７が設置され、この電池
排ガス酸素濃度計６の出力と負荷信号を受ける反応空気
コントローラ１１により、ブロア３で供給され空気極へ
と送られる反応空気の流量を調整する反応空気調節弁５
が制御されていることにある。
示した従来例との第１の差異は、燃料改質装置２のバー
ナより排出され第１熱交換器８を経て第２熱交換器９へ
と送られる燃焼排ガスの排出管に、燃焼排ガス酸素濃度
計６が設置され、この燃焼排ガス酸素濃度計６の出力と
負荷信号を受ける燃焼空気コントローラ１０により、ブ
ロア３で供給され第１熱交換器８を経て燃料改質装置２
のバーナへ送られる燃焼空気の流量を調整する燃焼空気
調節弁４が制御されていることにあり、第２の差異は、
燃料電池本体１の空気極より排出され第２熱交換器９へ
と送られる反応空気の排出ガスすなわち電池排ガスの排
出管に、電池排ガス酸素濃度計７が設置され、この電池
排ガス酸素濃度計６の出力と負荷信号を受ける反応空気
コントローラ１１により、ブロア３で供給され空気極へ
と送られる反応空気の流量を調整する反応空気調節弁５
が制御されていることにある。
【００２１】上記の燃焼空気コントローラ１０は、燃焼
排ガス酸素濃度計６の出力より得られる酸素濃度と負荷
信号より得られる負荷電流値とにより前述の式（１）に
よって所要燃焼空気流量を演算し、対応する燃焼空気調
整弁４の弁開度を求めて、燃焼空気調節弁４に制御信号
を送る機能を有しており、また、反応空気コントローラ
１１は、電池排ガス酸素濃度計７の出力より得られる酸
素濃度と負荷信号より得られる負荷電流値とにより前述
の式（２）によって所要反応空気流量を演算し、対応す
る反応空気調整弁５の弁開度を求めて、反応空気調節弁
５に制御信号を送る機能を有している。したがって、系
統の流路抵抗の経時変化や気温、気圧の変化があって
も、これに左右されることなく燃焼空気の流量〔ＱRF〕
が的確にかつ応答性よく制御でき、また圧損を伴う空気
流量計が組み込まれていないので、システムの効率の低
下が回避されることとなる。
排ガス酸素濃度計６の出力より得られる酸素濃度と負荷
信号より得られる負荷電流値とにより前述の式（１）に
よって所要燃焼空気流量を演算し、対応する燃焼空気調
整弁４の弁開度を求めて、燃焼空気調節弁４に制御信号
を送る機能を有しており、また、反応空気コントローラ
１１は、電池排ガス酸素濃度計７の出力より得られる酸
素濃度と負荷信号より得られる負荷電流値とにより前述
の式（２）によって所要反応空気流量を演算し、対応す
る反応空気調整弁５の弁開度を求めて、反応空気調節弁
５に制御信号を送る機能を有している。したがって、系
統の流路抵抗の経時変化や気温、気圧の変化があって
も、これに左右されることなく燃焼空気の流量〔ＱRF〕
が的確にかつ応答性よく制御でき、また圧損を伴う空気
流量計が組み込まれていないので、システムの効率の低
下が回避されることとなる。
【００２２】図２は、本発明による空気流量の制御装置
の第２の実施例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系
統図である。本実施例と上述の第１の実施例との差異
は、燃料改質装置２のバーナへ送られる燃焼空気と、空
気極へ送られる反応空気が、それぞれ専用の燃焼空気ブ
ロア３Ａと反応空気ブロア３Ｂによって供給され、さら
に燃焼空気ブロア３Ａが燃焼排ガス酸素濃度計６の出力
と負荷信号を受ける燃焼空気コントローラ１０Ａにより
制御され、一方、反応空気ブロア３Ｂは電池排ガス酸素
濃度計６の出力と負荷信号を受ける反応空気コントロー
ラ１１Ａにより制御されていることにある。
の第２の実施例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系
統図である。本実施例と上述の第１の実施例との差異
は、燃料改質装置２のバーナへ送られる燃焼空気と、空
気極へ送られる反応空気が、それぞれ専用の燃焼空気ブ
ロア３Ａと反応空気ブロア３Ｂによって供給され、さら
に燃焼空気ブロア３Ａが燃焼排ガス酸素濃度計６の出力
と負荷信号を受ける燃焼空気コントローラ１０Ａにより
制御され、一方、反応空気ブロア３Ｂは電池排ガス酸素
濃度計６の出力と負荷信号を受ける反応空気コントロー
ラ１１Ａにより制御されていることにある。
【００２３】燃焼空気コントローラ１０Ａは、第１の実
施例と同様に燃焼排ガス酸素濃度計６の出力より得られ
る酸素濃度と負荷信号より得られる負荷電流値とにより
式（１）によって所要燃焼空気流量を演算し、さらに対
応するブロア３Ａの回転数を求めて、ブロア３Ａに制御
信号を送る機能を有しており、また、反応空気コントロ
ーラ１１Ａは、電池排ガス酸素濃度計７の出力より得ら
れる酸素濃度と負荷信号より得られる負荷電流値とによ
り式（２）によって所要反応空気流量を演算し、対応す
るブロア３Ｂの回転数を求めて、ブロア３Ｂに制御信号
を送る機能を有している。したがって、系統の流路抵抗
の経時変化や気温、気圧の変化があっても、これに左右
されることなく燃焼空気の流量〔ＱRF〕が的確にかつ応
答性よく制御でき、また圧損を伴う空気流量計が組み込
まれていないので、システムの効率の低下が回避される
こととなる。
施例と同様に燃焼排ガス酸素濃度計６の出力より得られ
る酸素濃度と負荷信号より得られる負荷電流値とにより
式（１）によって所要燃焼空気流量を演算し、さらに対
応するブロア３Ａの回転数を求めて、ブロア３Ａに制御
信号を送る機能を有しており、また、反応空気コントロ
ーラ１１Ａは、電池排ガス酸素濃度計７の出力より得ら
れる酸素濃度と負荷信号より得られる負荷電流値とによ
り式（２）によって所要反応空気流量を演算し、対応す
るブロア３Ｂの回転数を求めて、ブロア３Ｂに制御信号
を送る機能を有している。したがって、系統の流路抵抗
の経時変化や気温、気圧の変化があっても、これに左右
されることなく燃焼空気の流量〔ＱRF〕が的確にかつ応
答性よく制御でき、また圧損を伴う空気流量計が組み込
まれていないので、システムの効率の低下が回避される
こととなる。
【００２４】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、電解質
層と燃料極と空気極とを備える燃料電池本体の燃料極に
燃料ガス改質装置で改質される改質燃料ガスを供給し、
空気極に反応空気を供給して電気化学反応により直流電
力を得る燃料電池発電装置で、燃焼空気を燃料極から排
出される燃料排ガスとともに燃料ガス改質装置に供給
し、加熱に用いる燃料電池発電装置に、燃料ガス改質装
置より排出される燃焼排ガスを通流する燃焼排ガス配管
に付設される酸素濃度計と、燃焼空気の供給配管に設け
られる流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料
電池発電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量
調整手段に制御信号を出力する燃焼空気コントローラよ
りなる空気流量制御装置を備えることとしたので、系統
の流路抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されることな
く、長期にわたり的確に燃焼空気の流量が制御でき、か
つ圧損を伴う空気流量計を付設しないこととしたのでシ
ステム効率が低下しない燃料電池発電装置が得られるこ
ととなった。
層と燃料極と空気極とを備える燃料電池本体の燃料極に
燃料ガス改質装置で改質される改質燃料ガスを供給し、
空気極に反応空気を供給して電気化学反応により直流電
力を得る燃料電池発電装置で、燃焼空気を燃料極から排
出される燃料排ガスとともに燃料ガス改質装置に供給
し、加熱に用いる燃料電池発電装置に、燃料ガス改質装
置より排出される燃焼排ガスを通流する燃焼排ガス配管
に付設される酸素濃度計と、燃焼空気の供給配管に設け
られる流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料
電池発電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量
調整手段に制御信号を出力する燃焼空気コントローラよ
りなる空気流量制御装置を備えることとしたので、系統
の流路抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されることな
く、長期にわたり的確に燃焼空気の流量が制御でき、か
つ圧損を伴う空気流量計を付設しないこととしたのでシ
ステム効率が低下しない燃料電池発電装置が得られるこ
ととなった。
【００２５】さらに、上記の流量調整手段として、燃焼
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは燃焼空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとすれ
ば、酸素濃度値と負荷条件により定められる燃焼空気流
量に対応する燃焼空気調整弁の弁開度、あるいは燃焼空
気ブロアの回転数を予め燃焼空気コントローラの演算機
能に組み込むことにより、燃焼空気の流量が系統の流路
抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されることなく、長
期にわたり的確に制御され、また、空気流量計を用いな
いのでシステム効率が低下しない燃料電池発電装置が得
られることとなる。
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは燃焼空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとすれ
ば、酸素濃度値と負荷条件により定められる燃焼空気流
量に対応する燃焼空気調整弁の弁開度、あるいは燃焼空
気ブロアの回転数を予め燃焼空気コントローラの演算機
能に組み込むことにより、燃焼空気の流量が系統の流路
抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されることなく、長
期にわたり的確に制御され、また、空気流量計を用いな
いのでシステム効率が低下しない燃料電池発電装置が得
られることとなる。
【００２６】また、上記の燃料電池発電装置に、空気極
より排出される排ガスを通流する電池排ガス配管に付設
される酸素濃度計と、反応空気の供給配管に設けられる
流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発
電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調整手
段に制御信号を出力する反応空気コントローラよりなる
空気流量制御装置を備えることとすれば、系統の流路抵
抗の経時変化や気温、気圧に左右されることなく、長期
にわたり的確に燃焼空気の流量が制御でき、、かつ圧損
を伴う空気流量計を付設しないのでシステム効率が低下
しない燃料電池発電装置が得られることとなった。
より排出される排ガスを通流する電池排ガス配管に付設
される酸素濃度計と、反応空気の供給配管に設けられる
流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電池発
電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調整手
段に制御信号を出力する反応空気コントローラよりなる
空気流量制御装置を備えることとすれば、系統の流路抵
抗の経時変化や気温、気圧に左右されることなく、長期
にわたり的確に燃焼空気の流量が制御でき、、かつ圧損
を伴う空気流量計を付設しないのでシステム効率が低下
しない燃料電池発電装置が得られることとなった。
【００２７】さらに、上記の流量調整手段として、反応
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは反応空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとすれ
ば、酸素濃度値と負荷条件により定められる反応空気流
量に対応する反応空気調整弁の弁開度、あるいは反応空
気ブロアの回転数を予め反応空気コントローラの演算機
能に組み込むことにより、反応空気の流量が系統の流路
抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されることなく、長
期にわたり的確に制御され、また、空気流量計を用いな
いのでシステム効率が低下しない燃料電池発電装置が得
られることとなる。
空気コントローラの制御信号により弁開度を制御される
空気調整弁、あるいは反応空気コントローラの制御信号
により回転数を制御されるブロアを用いることとすれ
ば、酸素濃度値と負荷条件により定められる反応空気流
量に対応する反応空気調整弁の弁開度、あるいは反応空
気ブロアの回転数を予め反応空気コントローラの演算機
能に組み込むことにより、反応空気の流量が系統の流路
抵抗の経時変化や気温、気圧に左右されることなく、長
期にわたり的確に制御され、また、空気流量計を用いな
いのでシステム効率が低下しない燃料電池発電装置が得
られることとなる。
【図１】本発明による空気流量の制御装置の第１の実施
例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系統図
例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系統図
【図２】本発明による空気流量の制御装置の第２の実施
例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系統図
例を組み込んだ燃料電池発電装置のガス系統図
【図３】燃料電池発電装置のガス系統の従来例を示す系
統図
統図
【図４】燃料電池発電装置のガス系統の他の従来例を示
す系統図
す系統図
【図５】図４に示した他の従来例における燃焼空気供給
系統の燃焼空気調節弁の開度と燃焼空気流量との特性図
系統の燃焼空気調節弁の開度と燃焼空気流量との特性図
１ 燃料電池本体 ２ 燃料ガス改質装置 ３ ブロア ３Ａ 燃焼空気ブロア ３Ｂ 反応空気ブロア ４ 燃焼空気調節弁 ５ 反応空気調節弁 ６ 燃焼排ガス酸素濃度計 ７ 電池排ガス酸素濃度計 １０ 燃焼空気コントローラ １０Ａ 燃焼空気コントローラ １１ 反応空気コントローラ １１Ａ 反応空気コントローラ
Claims (6)
- 【請求項１】電解質層と燃料極と空気極とを備える燃料
電池本体の燃料極に燃料ガス改質装置で改質される改質
燃料ガスを供給し、空気極に反応空気を供給して電気化
学反応により直流電力を得る燃料電池発電装置で、燃焼
空気が燃料極から排出される燃料排ガスとともに燃料ガ
ス改質装置に供給され、加熱に用いられるものにおい
て、燃料ガス改質装置より排出される燃焼排ガスを通流
する燃焼排ガス配管に付設される酸素濃度計と、燃焼空
気の供給配管に設けられる流量調整手段と、酸素濃度計
の測定値信号と燃料電池発電装置の負荷条件を与える負
荷信号を受けて流量調整手段に制御信号を出力する燃焼
空気コントローラよりなる空気流量制御装置を備えたこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】前記流量調整手段が、燃焼空気コントロー
ラの制御信号により弁開度を制御される空気調整弁より
なることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装
置。 - 【請求項３】前記流量調整手段が、燃焼空気コントロー
ラの制御信号により回転数を制御されるブロアよりなる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項４】電解質層と燃料極と空気極とを備えた電池
本体の燃料極に燃料ガス改質装置で改質された改質燃料
ガスを供給し、空気極に反応空気を供給して電気化学反
応により直流電力を得る燃料電池発電装置において、空
気極より排出される排ガスを通流する電池排ガス配管に
付設される酸素濃度計と、反応空気の供給配管に設けら
れる流量調整手段と、酸素濃度計の測定値信号と燃料電
池発電装置の負荷条件を与える負荷信号を受けて流量調
整手段に制御信号を出力する反応空気コントローラより
なる空気流量制御装置を備えたことを特徴とする燃料電
池発電装置。 - 【請求項５】前記流量調整手段が、反応空気コントロー
ラの制御信号により弁開度を制御される空気調整弁より
なることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電装
置。 - 【請求項６】前記流量調整手段が、反応空気コントロー
ラの制御信号により回転数を制御されるブロアよりなる
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7055369A JPH08250139A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7055369A JPH08250139A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250139A true JPH08250139A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=12996579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7055369A Pending JPH08250139A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08250139A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6797419B2 (en) | 2001-09-03 | 2004-09-28 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus powered by fuel cell having oxygen density detector |
| US6887606B2 (en) * | 2001-07-25 | 2005-05-03 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell system method and apparatus employing oxygen sensor |
| US6953630B2 (en) | 2001-07-25 | 2005-10-11 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell anomaly detection method and apparatus |
| JP2007103073A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Corona Corp | 燃料電池システム |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP7055369A patent/JPH08250139A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6887606B2 (en) * | 2001-07-25 | 2005-05-03 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell system method and apparatus employing oxygen sensor |
| US6953630B2 (en) | 2001-07-25 | 2005-10-11 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell anomaly detection method and apparatus |
| US6797419B2 (en) | 2001-09-03 | 2004-09-28 | Fujitsu Limited | Electronic apparatus powered by fuel cell having oxygen density detector |
| JP2007103073A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Corona Corp | 燃料電池システム |
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