JPH08250142A - 燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置 - Google Patents
燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置Info
- Publication number
- JPH08250142A JPH08250142A JP7053908A JP5390895A JPH08250142A JP H08250142 A JPH08250142 A JP H08250142A JP 7053908 A JP7053908 A JP 7053908A JP 5390895 A JP5390895 A JP 5390895A JP H08250142 A JPH08250142 A JP H08250142A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steam
- cooling
- fuel cell
- heat
- steam separator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】軽負荷領域でも水蒸気改質，排熱回収に必要な
飽和水蒸気量を安定供給できる水蒸気分離器圧力制御装
置を備えた燃料電池発電装置を提供する。 【構成】燃料電池１と、冷却板２，水蒸気分離器３，循
環ポンプ４の直列循環路からなる燃料電池冷却系５と、
水蒸気分離器で分離した水蒸気を燃料改質系７，熱出力
系８に供給する水蒸気供給系６とを有する燃料電池発電
装置における水蒸気分離器３の圧力制御装置であって、
水蒸気分離器の圧力を一定に保つよう熱出力系の流量調
整弁８Ｖの開度を制御する冷却制御系１０と、燃料電池
冷却系に設けた補助加熱装置２５と、冷却制御系の出力
開度指令１３Ｓが熱出力系の最小熱出力に必要な下限値
を下回ったとき，この下限値を保持するよう補助加熱装
置を制御する，例えば２値化信号発生手段２１，プロセ
ス制御部２２を有する加熱制御系２０とを備える。
飽和水蒸気量を安定供給できる水蒸気分離器圧力制御装
置を備えた燃料電池発電装置を提供する。 【構成】燃料電池１と、冷却板２，水蒸気分離器３，循
環ポンプ４の直列循環路からなる燃料電池冷却系５と、
水蒸気分離器で分離した水蒸気を燃料改質系７，熱出力
系８に供給する水蒸気供給系６とを有する燃料電池発電
装置における水蒸気分離器３の圧力制御装置であって、
水蒸気分離器の圧力を一定に保つよう熱出力系の流量調
整弁８Ｖの開度を制御する冷却制御系１０と、燃料電池
冷却系に設けた補助加熱装置２５と、冷却制御系の出力
開度指令１３Ｓが熱出力系の最小熱出力に必要な下限値
を下回ったとき，この下限値を保持するよう補助加熱装
置を制御する，例えば２値化信号発生手段２１，プロセ
ス制御部２２を有する加熱制御系２０とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、沸騰冷却される燃料
電池の冷却を燃料電池冷却系に設けられた水蒸気分離器
の圧力制御によって行う燃料電池発電装置における水蒸
気分離器の圧力制御装置、ことに水蒸気分離器の圧力制
御を熱出力系に供給する飽和水蒸気流量を制御すること
によって行う燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御
装置に関する。
電池の冷却を燃料電池冷却系に設けられた水蒸気分離器
の圧力制御によって行う燃料電池発電装置における水蒸
気分離器の圧力制御装置、ことに水蒸気分離器の圧力制
御を熱出力系に供給する飽和水蒸気流量を制御すること
によって行う燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の燃料電池発電装置の水蒸気
分離器圧力制御装置を簡略化して示すシステムフロー図
であり、電解質を挟んで燃料極および空気極を配した単
位セル複数層と冷却板２との積層体からなる燃料電池１
は、その電気化学反応に基づく電極反応が全体として発
熱反応であり、燃料電池を好適な運転温度（例えばりん
酸型燃料電池で１９０°Ｃ程度）に保持して発電を行う
ために沸騰冷却される。このため、燃料電池発電装置
は、冷却板２，水蒸気分離器３，および循環ポンプ４の
直列循環路からなる燃料電池冷却系５を備え、この燃料
電池冷却系５を循環する飽和水の蒸発潜熱を利用して燃
料電池１が運転温度に沸騰冷却される。沸騰冷却によっ
て飽和水蒸気と飽和水とに分離した二相流体は互いに平
衡状態を保持して水蒸気分離器３に流入し、水蒸気分離
器３内で飽和水と飽和水蒸気とに分離される。したがっ
て、水蒸気分離器圧力を飽和水温度と平衡した飽和水蒸
気圧力に保持することにより、燃料電池１をその運転温
度に保持する沸騰冷却が行われる。
分離器圧力制御装置を簡略化して示すシステムフロー図
であり、電解質を挟んで燃料極および空気極を配した単
位セル複数層と冷却板２との積層体からなる燃料電池１
は、その電気化学反応に基づく電極反応が全体として発
熱反応であり、燃料電池を好適な運転温度（例えばりん
酸型燃料電池で１９０°Ｃ程度）に保持して発電を行う
ために沸騰冷却される。このため、燃料電池発電装置
は、冷却板２，水蒸気分離器３，および循環ポンプ４の
直列循環路からなる燃料電池冷却系５を備え、この燃料
電池冷却系５を循環する飽和水の蒸発潜熱を利用して燃
料電池１が運転温度に沸騰冷却される。沸騰冷却によっ
て飽和水蒸気と飽和水とに分離した二相流体は互いに平
衡状態を保持して水蒸気分離器３に流入し、水蒸気分離
器３内で飽和水と飽和水蒸気とに分離される。したがっ
て、水蒸気分離器圧力を飽和水温度と平衡した飽和水蒸
気圧力に保持することにより、燃料電池１をその運転温
度に保持する沸騰冷却が行われる。
【０００３】このとき、燃料電池で発電生成熱を蒸発潜
熱として吸収した二相流体は飽和水蒸気の圧力，および
これと平衡した飽和水の温度が上昇する。そこで、水蒸
気分離器５には燃料改質系７および熱出力系８に分岐し
た水蒸気供給系６が連結され、燃料改質系７の流量調整
弁７Ｖを介して図示しない燃料改質器が要求する改質用
水蒸気を供給するとともに、熱出力系８の流量調整弁７
Ｖを介して例えば外部の熱利用設備に飽和水蒸気を供給
することにより、燃料電池冷却系５で過剰になった熱量
を水蒸気分離器から取り出す飽和水蒸気流量により排熱
して飽和水温度の上昇を抑制し、水蒸気分離器３の圧力
を一定に保つとともに、燃料電池発電装置をコ・ジェネ
レーションシステムとして有効利用するよう構成され
る。
熱として吸収した二相流体は飽和水蒸気の圧力，および
これと平衡した飽和水の温度が上昇する。そこで、水蒸
気分離器５には燃料改質系７および熱出力系８に分岐し
た水蒸気供給系６が連結され、燃料改質系７の流量調整
弁７Ｖを介して図示しない燃料改質器が要求する改質用
水蒸気を供給するとともに、熱出力系８の流量調整弁７
Ｖを介して例えば外部の熱利用設備に飽和水蒸気を供給
することにより、燃料電池冷却系５で過剰になった熱量
を水蒸気分離器から取り出す飽和水蒸気流量により排熱
して飽和水温度の上昇を抑制し、水蒸気分離器３の圧力
を一定に保つとともに、燃料電池発電装置をコ・ジェネ
レーションシステムとして有効利用するよう構成され
る。
【０００４】水蒸気分離器３の圧力を一定に保つための
水蒸気分離器圧力制御装置は、例えば圧力検出器１１，
プロセス制御部１２，および弁開度制御部１３を含む冷
却制御系１０として構成され、圧力検出器１１で検出し
た水蒸気分離器圧力がその設定値と一致するよう比例積
分調節器，比例積分微分調節器などからなるプロセス制
御部１２で制御し、得られた操作量を弁開度制御部１３
で弁開度指令１３Ｓに変換して熱出力系８の流量調節弁
８Ｖの開度を制御することによって圧力制御が行われ
る。また、水蒸気分離器３には純水タンク９Ｔおよびポ
ンプ９Ｐを含む補給水系９が連結され、水蒸気の供給量
に対応する補給水を水蒸気分離器３に供給することによ
り、燃料電池冷却系６の水バランスが保持される。
水蒸気分離器圧力制御装置は、例えば圧力検出器１１，
プロセス制御部１２，および弁開度制御部１３を含む冷
却制御系１０として構成され、圧力検出器１１で検出し
た水蒸気分離器圧力がその設定値と一致するよう比例積
分調節器，比例積分微分調節器などからなるプロセス制
御部１２で制御し、得られた操作量を弁開度制御部１３
で弁開度指令１３Ｓに変換して熱出力系８の流量調節弁
８Ｖの開度を制御することによって圧力制御が行われ
る。また、水蒸気分離器３には純水タンク９Ｔおよびポ
ンプ９Ｐを含む補給水系９が連結され、水蒸気の供給量
に対応する補給水を水蒸気分離器３に供給することによ
り、燃料電池冷却系６の水バランスが保持される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の水蒸気分離器圧
力制御装置は、図示しない燃料改質器で原燃料の水蒸気
改質を行うに必要な改質反応水としての飽和水蒸気量を
燃料改質系７を介して供給した後、さらに過剰となった
飽和水蒸気を熱出力系８に放出して水蒸気分離器圧力を
目標値に保持するとともに、熱出力系８から放出した飽
和水蒸気を伝熱媒体として外部熱利用設備などで排熱回
収を行う方式であり、外部熱利用設備で安定した排熱回
収を行うためには熱出力系８を介して外部熱利用設備に
常時必要最小限の飽和水蒸気を安定供給できることが求
められる。ところで、燃料電池の発熱量は発電負荷に比
例して変化し、燃料改質系７を介して供給する飽和水蒸
気流量もこれに比例して変化するが、外部熱利用設備の
排熱回収に必要な飽和水蒸気流量は燃料電池の発電負荷
に係わりなく一定流量が要求されるため、発電負荷が小
さい軽負荷領域では外部熱利用設備の排熱回収に有効な
飽和水蒸気流量が生成水蒸気量全体中に占める割合が高
くなる。したがって、軽負荷領域で水蒸気分離器圧力を
目標値に保持しようとすれば排熱回収に有効な水蒸気を
熱出力系に供給できなくなり、また排熱回収に有効な水
蒸気量を確保しようとすれば水蒸気分離器圧力を目標値
に維持できなくなるという矛盾が発生することになり、
これが原因で軽負荷領域でき水蒸気分離器圧力制御が不
安定化するとともに、排熱回収に有効な最小水蒸気流量
の確保も困難になるという問題がある。
力制御装置は、図示しない燃料改質器で原燃料の水蒸気
改質を行うに必要な改質反応水としての飽和水蒸気量を
燃料改質系７を介して供給した後、さらに過剰となった
飽和水蒸気を熱出力系８に放出して水蒸気分離器圧力を
目標値に保持するとともに、熱出力系８から放出した飽
和水蒸気を伝熱媒体として外部熱利用設備などで排熱回
収を行う方式であり、外部熱利用設備で安定した排熱回
収を行うためには熱出力系８を介して外部熱利用設備に
常時必要最小限の飽和水蒸気を安定供給できることが求
められる。ところで、燃料電池の発熱量は発電負荷に比
例して変化し、燃料改質系７を介して供給する飽和水蒸
気流量もこれに比例して変化するが、外部熱利用設備の
排熱回収に必要な飽和水蒸気流量は燃料電池の発電負荷
に係わりなく一定流量が要求されるため、発電負荷が小
さい軽負荷領域では外部熱利用設備の排熱回収に有効な
飽和水蒸気流量が生成水蒸気量全体中に占める割合が高
くなる。したがって、軽負荷領域で水蒸気分離器圧力を
目標値に保持しようとすれば排熱回収に有効な水蒸気を
熱出力系に供給できなくなり、また排熱回収に有効な水
蒸気量を確保しようとすれば水蒸気分離器圧力を目標値
に維持できなくなるという矛盾が発生することになり、
これが原因で軽負荷領域でき水蒸気分離器圧力制御が不
安定化するとともに、排熱回収に有効な最小水蒸気流量
の確保も困難になるという問題がある。
【０００６】この発明の目的は、軽負荷領域においても
水蒸気改質および排熱回収に必要な飽和水蒸気量を安定
供給できる水蒸気分離器圧力制御装置を備えた燃料電池
発電装置を提供することにある。
水蒸気改質および排熱回収に必要な飽和水蒸気量を安定
供給できる水蒸気分離器圧力制御装置を備えた燃料電池
発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明の燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力
制御装置は、単位セルと冷却板の積層体からなる燃料電
池と、前記冷却板，水蒸気分離器，および循環ポンプの
直列循環路からなり前記燃料電池を飽和水あるいは飽和
二相流体により一定温度に沸騰冷却する燃料電池冷却系
と、前記水蒸気分離器で分離した水蒸気をそれぞれ流量
調整弁を有する燃料改質系および熱出力系に供給する水
蒸気供給系とを有する燃料電池発電装置における前記水
蒸気分離器の圧力制御装置であって、前記水蒸気分離器
の圧力を一定に保つよう前記熱出力系の流量調整弁の開
度を制御する冷却制御系と、前記燃料電池冷却系に設け
た補助加熱装置と、前記冷却制御系の出力開度指令値が
前記熱出力系の最小熱出力に必要な下限値を下回ったと
き，この下限値を保持するよう前記補助加熱装置を制御
する加熱制御系とを備える。
めに、この発明の燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力
制御装置は、単位セルと冷却板の積層体からなる燃料電
池と、前記冷却板，水蒸気分離器，および循環ポンプの
直列循環路からなり前記燃料電池を飽和水あるいは飽和
二相流体により一定温度に沸騰冷却する燃料電池冷却系
と、前記水蒸気分離器で分離した水蒸気をそれぞれ流量
調整弁を有する燃料改質系および熱出力系に供給する水
蒸気供給系とを有する燃料電池発電装置における前記水
蒸気分離器の圧力制御装置であって、前記水蒸気分離器
の圧力を一定に保つよう前記熱出力系の流量調整弁の開
度を制御する冷却制御系と、前記燃料電池冷却系に設け
た補助加熱装置と、前記冷却制御系の出力開度指令値が
前記熱出力系の最小熱出力に必要な下限値を下回ったと
き，この下限値を保持するよう前記補助加熱装置を制御
する加熱制御系とを備える。
【０００８】ここで、加熱制御系は、冷却制御系の出力
開度指令値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値近傍
に低下したことを下限値を含む２つの判定レベルで検知
して２値化信号に変換する２値化信号発生手段と、冷却
制御系の出力開度指令値が前記判定レベルを保持するよ
う補助加熱装置を制御するプロセス制御部とを備えるよ
う構成すると良い。
開度指令値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値近傍
に低下したことを下限値を含む２つの判定レベルで検知
して２値化信号に変換する２値化信号発生手段と、冷却
制御系の出力開度指令値が前記判定レベルを保持するよ
う補助加熱装置を制御するプロセス制御部とを備えるよ
う構成すると良い。
【０００９】また、水蒸気供給系がその熱出力系に熱交
換器および放圧弁を備え、冷却制御系が水蒸気分離器の
圧力を一定に保つよう前記放圧弁の開度を制御するとと
もに、熱交換器がその２次冷却水を熱媒体として熱出力
するよう構成すると良い。
換器および放圧弁を備え、冷却制御系が水蒸気分離器の
圧力を一定に保つよう前記放圧弁の開度を制御するとと
もに、熱交換器がその２次冷却水を熱媒体として熱出力
するよう構成すると良い。
【００１０】
【作用】この発明の燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧
力制御装置においては、冷却制御系が水蒸気分離器の圧
力検出値をその設定値に保つよう熱出力系の流量調整弁
の開度を制御するするとともに、冷却制御系の出力開度
指令値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値を下回っ
たとき、加熱制御系がこれを検知して燃料電池冷却系に
設けた補助加熱装置の発熱量を制御するので、水蒸気分
離器内の飽和水温度および水蒸気分離器圧力が上昇す
る。また、これを冷却制御系が検知して熱出力系の流量
調整弁の開度を増すことになり、加熱制御系と冷却制御
系との連系動作により水蒸気分離器圧力をその設定値に
保持して燃料電池を運転温度に冷却する機能と、軽負荷
領域における熱出力系の水蒸気流量を最小熱出力に必要
な下限値以上に保持する機能とを併せて得ることができ
る。
力制御装置においては、冷却制御系が水蒸気分離器の圧
力検出値をその設定値に保つよう熱出力系の流量調整弁
の開度を制御するするとともに、冷却制御系の出力開度
指令値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値を下回っ
たとき、加熱制御系がこれを検知して燃料電池冷却系に
設けた補助加熱装置の発熱量を制御するので、水蒸気分
離器内の飽和水温度および水蒸気分離器圧力が上昇す
る。また、これを冷却制御系が検知して熱出力系の流量
調整弁の開度を増すことになり、加熱制御系と冷却制御
系との連系動作により水蒸気分離器圧力をその設定値に
保持して燃料電池を運転温度に冷却する機能と、軽負荷
領域における熱出力系の水蒸気流量を最小熱出力に必要
な下限値以上に保持する機能とを併せて得ることができ
る。
【００１１】ここで、加熱制御系を２値化信号発生手段
およびプロセス制御部で構成すれば、冷却制御系の出力
開度指令値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値近傍
に低下したことを２値化信号発生手段が下限値を含む２
つの判定レベルで検知して２値化信号に変換する。ま
た、これを受けたプロセス制御部が補助加熱装置の熱出
力を制御する。したがって、水蒸気分離器内の飽和水温
度および水蒸気分離器圧力が上昇し、冷却制御系がこれ
を検知して出力開度指令値を増すので、加熱制御系と冷
却制御系との連系動作により出力開度指令値を前記判定
レベルに保持できるとともに、熱出力系の水蒸気流量を
最小熱出力に必要な下限値以上に保持することができ
る。
およびプロセス制御部で構成すれば、冷却制御系の出力
開度指令値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値近傍
に低下したことを２値化信号発生手段が下限値を含む２
つの判定レベルで検知して２値化信号に変換する。ま
た、これを受けたプロセス制御部が補助加熱装置の熱出
力を制御する。したがって、水蒸気分離器内の飽和水温
度および水蒸気分離器圧力が上昇し、冷却制御系がこれ
を検知して出力開度指令値を増すので、加熱制御系と冷
却制御系との連系動作により出力開度指令値を前記判定
レベルに保持できるとともに、熱出力系の水蒸気流量を
最小熱出力に必要な下限値以上に保持することができ
る。
【００１２】また、熱出力系に熱交換器および放圧弁を
設け、冷却制御系が水蒸気分離器の圧力を一定に保つよ
う放圧弁の開度を制御するとともに、熱出力系の熱交換
器がその２次冷却水を熱媒体として熱出力するよう構成
しても良く、この場合外部の熱利用設備に給湯すること
により排熱を回収することができる。
設け、冷却制御系が水蒸気分離器の圧力を一定に保つよ
う放圧弁の開度を制御するとともに、熱出力系の熱交換
器がその２次冷却水を熱媒体として熱出力するよう構成
しても良く、この場合外部の熱利用設備に給湯すること
により排熱を回収することができる。
【００１３】
【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装置の水蒸
気分離器圧力制御装置を示すシステムフロー図であり、
従来例と同じ参照符号を付けた部材は従来例のそれと同
じ機能をもつので、その説明を省略する。図において、
弁開度指令１３Ｓにより熱出力系８の流量調整弁８Ｖの
開度を制御する冷却制御系１０は図４について既に説明
した従来の水蒸気分離器圧力制御装置と同様に、例えば
圧力検出器１１，プロセス制御部１２，および弁開度制
御部１３を含み、圧力検出器１１で検出した水蒸気分離
器３の圧力がその設定値と一致するよう比例積分調節
器，比例積分微分調節器などからなるプロセス制御部１
２で制御し、得られた操作量を弁開度制御部１３で弁開
度指令１３Ｓに変換して熱出力系８の流量調節弁８Ｖの
開度を制御する。これにより、熱出力系８を介して外部
の熱利用設備などに供給される飽和水蒸気流量の制御に
より、水蒸気分離器圧力をその設定レベルに保持し、燃
料電池１を好適な運転温度に保持する冷却機能が得られ
る。
図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置の水蒸
気分離器圧力制御装置を示すシステムフロー図であり、
従来例と同じ参照符号を付けた部材は従来例のそれと同
じ機能をもつので、その説明を省略する。図において、
弁開度指令１３Ｓにより熱出力系８の流量調整弁８Ｖの
開度を制御する冷却制御系１０は図４について既に説明
した従来の水蒸気分離器圧力制御装置と同様に、例えば
圧力検出器１１，プロセス制御部１２，および弁開度制
御部１３を含み、圧力検出器１１で検出した水蒸気分離
器３の圧力がその設定値と一致するよう比例積分調節
器，比例積分微分調節器などからなるプロセス制御部１
２で制御し、得られた操作量を弁開度制御部１３で弁開
度指令１３Ｓに変換して熱出力系８の流量調節弁８Ｖの
開度を制御する。これにより、熱出力系８を介して外部
の熱利用設備などに供給される飽和水蒸気流量の制御に
より、水蒸気分離器圧力をその設定レベルに保持し、燃
料電池１を好適な運転温度に保持する冷却機能が得られ
る。
【００１４】一方、燃料電池発電装置はその燃料電池冷
却系５，図の場合水蒸気分離器２内に電気ヒータ２４と
その電力制御装置２３とで構成される補助加熱装置２５
を備える。また、この補助加熱装置２５の発熱量を制御
する加熱制御系２０は２値化信号発生手段２１およびプ
ロセス制御部２２で構成される。２値化信号発生手段２
１は、冷却制御系１０の出力弁開度指令１３Ｓのレベル
低下を熱出力系８の有効な排熱回収に最低限必要な最小
熱出力によって決まる最小開度設定値２０Ｓを含む２つ
の判定レベルで検知して２値化信号に変換する。プロセ
ス制御部２２はこの２値化信号と弁開度指令１３Ｓを入
力信号として制御信号２２Ｓを補助加熱装置に向けて出
力する例えば比例積分調節器であり、例えば２値化した
制御信号２２Ｓにより電力制御装置２３をオンオフ制御
して電気ヒータ２４の発熱をコントロールする。なお、
補助加熱装置の消費電力は燃料電池１からその発電電力
の一部を供給するよう構成されてよく、この場合図示し
ない燃料電池発電装置全体の制御部からの発電量に見合
った開度指令により、燃料改質系７の流量調整弁７Ｖの
開度を制御するよう構成すると良い。
却系５，図の場合水蒸気分離器２内に電気ヒータ２４と
その電力制御装置２３とで構成される補助加熱装置２５
を備える。また、この補助加熱装置２５の発熱量を制御
する加熱制御系２０は２値化信号発生手段２１およびプ
ロセス制御部２２で構成される。２値化信号発生手段２
１は、冷却制御系１０の出力弁開度指令１３Ｓのレベル
低下を熱出力系８の有効な排熱回収に最低限必要な最小
熱出力によって決まる最小開度設定値２０Ｓを含む２つ
の判定レベルで検知して２値化信号に変換する。プロセ
ス制御部２２はこの２値化信号と弁開度指令１３Ｓを入
力信号として制御信号２２Ｓを補助加熱装置に向けて出
力する例えば比例積分調節器であり、例えば２値化した
制御信号２２Ｓにより電力制御装置２３をオンオフ制御
して電気ヒータ２４の発熱をコントロールする。なお、
補助加熱装置の消費電力は燃料電池１からその発電電力
の一部を供給するよう構成されてよく、この場合図示し
ない燃料電池発電装置全体の制御部からの発電量に見合
った開度指令により、燃料改質系７の流量調整弁７Ｖの
開度を制御するよう構成すると良い。
【００１５】図２はこの発明の燃料電池発電装置の水蒸
気分離器圧力制御装置の動作説明図であり、ＴＨ，ＴＬ
は２値化信号発生手段２１の最小開度設定値２０Ｓを挟
む２つの判定レベルを示す。図において、燃料電池１の
発電負荷の低下に伴って水蒸気発生量が低下し、これに
伴って冷却制御系１０が水蒸気分離器圧力を保持するた
めに弁開度指令１３Ｓを下限値判定レベルＴＬを下回る
レベルにまで絞ったと仮定する。このとき、２値化信号
発生手段２１は弁開度指令１３Ｓの低下を判定レベルＴ
Ｌで検知してｔ1 時点でＨレベルに立ち上がる２値化信
号２１Ｓを出力する。また、これを受けたプロセス制御
部２２が補助加熱装置２５の熱出力を指令する。これに
伴って水蒸気分離器３内の飽和水温度および水蒸気分離
器圧力が上昇するので、冷却制御系１０がこれを検知し
て出力開度指令値１３Ｓを図２に示すように緩やかに増
加させる。その結果、熱出力系８の流量調整弁８Ｖの開
度が増し、外部熱利用設備に供給する水蒸気量を有効な
排熱回収を安定して行うに必要な下限値流量以上に保持
することができる。一方、開度指令値１３Ｓの上昇は２
値化信号発生手段２１の判定レベルＴＨを越えるｔ2 時
点で検知され２値化信号２１がＨレベルからＬレベルに
低下するので、プロセス制御部２２の出力制御信号もＬ
レベルに低下し、補助加熱装置２５の発熱が停止する。
したがって、その後ｔ3 時点からｔ4 時点にかけて加熱
制御系２０と冷却制御系１０との連系動作により水蒸気
分離器圧力を保持した熱出力系８への水蒸気流量の制御
が行われる。
気分離器圧力制御装置の動作説明図であり、ＴＨ，ＴＬ
は２値化信号発生手段２１の最小開度設定値２０Ｓを挟
む２つの判定レベルを示す。図において、燃料電池１の
発電負荷の低下に伴って水蒸気発生量が低下し、これに
伴って冷却制御系１０が水蒸気分離器圧力を保持するた
めに弁開度指令１３Ｓを下限値判定レベルＴＬを下回る
レベルにまで絞ったと仮定する。このとき、２値化信号
発生手段２１は弁開度指令１３Ｓの低下を判定レベルＴ
Ｌで検知してｔ1 時点でＨレベルに立ち上がる２値化信
号２１Ｓを出力する。また、これを受けたプロセス制御
部２２が補助加熱装置２５の熱出力を指令する。これに
伴って水蒸気分離器３内の飽和水温度および水蒸気分離
器圧力が上昇するので、冷却制御系１０がこれを検知し
て出力開度指令値１３Ｓを図２に示すように緩やかに増
加させる。その結果、熱出力系８の流量調整弁８Ｖの開
度が増し、外部熱利用設備に供給する水蒸気量を有効な
排熱回収を安定して行うに必要な下限値流量以上に保持
することができる。一方、開度指令値１３Ｓの上昇は２
値化信号発生手段２１の判定レベルＴＨを越えるｔ2 時
点で検知され２値化信号２１がＨレベルからＬレベルに
低下するので、プロセス制御部２２の出力制御信号もＬ
レベルに低下し、補助加熱装置２５の発熱が停止する。
したがって、その後ｔ3 時点からｔ4 時点にかけて加熱
制御系２０と冷却制御系１０との連系動作により水蒸気
分離器圧力を保持した熱出力系８への水蒸気流量の制御
が行われる。
【００１６】ｔ4 時点で、燃料電池１の発電負荷が増加
し、これに伴ってその発熱量が増すと水蒸気分離器圧力
が上昇するので、開度指令値１３ＳもＴＨレベルを越え
るようになり、これに伴って２値化信号２１ＳがＬレベ
ルに保持されるので、加熱制御系２０はその動作を停止
した状態となり、冷却制御系のみによる水蒸気分離器圧
力の制御により燃料改質系７および熱出力系８に必要量
の水蒸気を供給できる定常運転状態に移行する。
し、これに伴ってその発熱量が増すと水蒸気分離器圧力
が上昇するので、開度指令値１３ＳもＴＨレベルを越え
るようになり、これに伴って２値化信号２１ＳがＬレベ
ルに保持されるので、加熱制御系２０はその動作を停止
した状態となり、冷却制御系のみによる水蒸気分離器圧
力の制御により燃料改質系７および熱出力系８に必要量
の水蒸気を供給できる定常運転状態に移行する。
【００１７】図３はこの発明の異なる実施例になる燃料
電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置を示すシステ
ムフロー図であり、熱出力系８に熱交換器３１および放
圧弁３２を設け、冷却制御系１０が水蒸気分離器３の圧
力を一定に保つよう放圧弁３２の開度を制御するととも
に、熱出力系８の熱交換器３１がその２次冷却水系３３
を介して図示してい外部熱利用装置に２次冷却水３９を
伝熱媒体とする給湯を行うよう構成した点が前述の実施
例と異なっており、この場合外部の熱利用設備に給湯す
ることにより排熱の回収が行われる。
電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置を示すシステ
ムフロー図であり、熱出力系８に熱交換器３１および放
圧弁３２を設け、冷却制御系１０が水蒸気分離器３の圧
力を一定に保つよう放圧弁３２の開度を制御するととも
に、熱出力系８の熱交換器３１がその２次冷却水系３３
を介して図示してい外部熱利用装置に２次冷却水３９を
伝熱媒体とする給湯を行うよう構成した点が前述の実施
例と異なっており、この場合外部の熱利用設備に給湯す
ることにより排熱の回収が行われる。
【００１８】
【発明の効果】この発明の燃料電池発電装置の水蒸気分
離器圧力制御装置は前述のように、熱出力系の流量調整
弁の開度制御により水蒸気分離器圧力をその設定値に保
持する冷却制御系と、冷却制御系の出力開度指令の低下
を検知して燃料電池冷却系に設けた補助加熱装置の発熱
量を制御する加熱制御系とを設けるよう構成した。その
結果、燃料電池の発電負荷の減少が原因で熱出力系に供
給する水蒸気量が不足したとき、これを加熱制御系が冷
却制御系からの弁開度指令値の低下として捕らえて補助
加熱装置の発熱量を増すよう制御するので、加熱制御系
と冷却制御系との連系動作によって従来技術で問題とな
った熱出力系への供給水蒸気量の不足および水蒸気分離
器圧力の低下を回避することが可能になり、外部熱利用
設備の有効な排熱回収に必要な水蒸気流量を水蒸気分離
器圧力をその設定値に保持した状態で安定供給できる水
蒸気分離器圧力制御装置を備えた燃料電池発電装置を提
供することができる。
離器圧力制御装置は前述のように、熱出力系の流量調整
弁の開度制御により水蒸気分離器圧力をその設定値に保
持する冷却制御系と、冷却制御系の出力開度指令の低下
を検知して燃料電池冷却系に設けた補助加熱装置の発熱
量を制御する加熱制御系とを設けるよう構成した。その
結果、燃料電池の発電負荷の減少が原因で熱出力系に供
給する水蒸気量が不足したとき、これを加熱制御系が冷
却制御系からの弁開度指令値の低下として捕らえて補助
加熱装置の発熱量を増すよう制御するので、加熱制御系
と冷却制御系との連系動作によって従来技術で問題とな
った熱出力系への供給水蒸気量の不足および水蒸気分離
器圧力の低下を回避することが可能になり、外部熱利用
設備の有効な排熱回収に必要な水蒸気流量を水蒸気分離
器圧力をその設定値に保持した状態で安定供給できる水
蒸気分離器圧力制御装置を備えた燃料電池発電装置を提
供することができる。
【００１９】また、加熱制御系を２値化信号発生手段お
よびプロセス制御部で構成したことにより、弁開度指令
値の低下を２つの判定レベルで捕らえて補助加熱装置の
発熱量を緩やかに制御することが可能となり、燃料電池
の発電電力の一部を補助加熱装置に使用した場合にも、
燃料電池発電装置の運転を安定化できる利点が得られ
る。
よびプロセス制御部で構成したことにより、弁開度指令
値の低下を２つの判定レベルで捕らえて補助加熱装置の
発熱量を緩やかに制御することが可能となり、燃料電池
の発電電力の一部を補助加熱装置に使用した場合にも、
燃料電池発電装置の運転を安定化できる利点が得られ
る。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電装置の水
蒸気分離器圧力制御装置を示すシステムフロー図
蒸気分離器圧力制御装置を示すシステムフロー図
【図２】この発明の燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧
力制御装置の動作説明図
力制御装置の動作説明図
【図３】この発明の異なる実施例になる燃料電池発電装
置の水蒸気分離器圧力制御装置を示すシステムフロー図
置の水蒸気分離器圧力制御装置を示すシステムフロー図
【図４】従来の燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制
御装置を簡略化して示すシステムフロー図
御装置を簡略化して示すシステムフロー図
１ 燃料電池 ２ 冷却板 ３ 水蒸気分離器 ４ 循環ポンプ ５ 燃料電池冷却系 ６ 水蒸気供給系 ７ 燃料改質系 ７Ｖ 流量調整弁 ８ 熱出力系 ８Ｖ 流量調整弁 ９ 補給水系 １０ 冷却制御系 １１ 圧力検出器 １２ プロセス制御部 １３ 弁開度制御部 １３Ｓ 弁開度指令 ２０ 加熱制御系 ２０Ｓ 最小開度設定値 ２１ ２値化信号発生手段 ２１Ｓ ２値化信号 ２２ プロセス制御部 ２２Ｓ 制御信号 ２３ 電力制御装置 ２４ 電気ヒータ ２５ 補助加熱装置 ３１ 熱交換器 ３２ 放圧弁 ３３ ２次冷却系 ３９ ２次冷却水（給湯）
Claims (3)
- 【請求項１】単位セルと冷却板の積層体からなる燃料電
池と、前記冷却板，水蒸気分離器，および循環ポンプの
直列循環路からなり前記燃料電池を飽和水あるいは飽和
二相流体により一定温度に沸騰冷却する燃料電池冷却系
と、前記水蒸気分離器で分離した水蒸気をそれぞれ流量
調整弁を有する燃料改質系および熱出力系に供給する水
蒸気供給系とを有する燃料電池発電装置における前記水
蒸気分離器の圧力制御装置であって、前記水蒸気分離器
の圧力を一定に保つよう前記熱出力系の流量調整弁の開
度を制御する冷却制御系と、前記燃料電池冷却系に設け
た補助加熱装置と、前記冷却制御系の出力開度指令値が
前記熱出力系の最小熱出力に必要な下限値を下回ったと
き，この下限値を保持するよう前記補助加熱装置を制御
する加熱制御系とを備えたことを特徴とする燃料電池発
電装置の水蒸気分離器圧力制御装置。 - 【請求項２】加熱制御系が、冷却制御系の出力開度指令
値が熱出力系の最小熱出力に必要な下限値近傍に低下し
たことを下限値を含む２つの判定レベルで検知して２値
化信号に変換する２値化信号発生手段と、冷却制御系の
出力開度指令値が前記判定レベルを保持するよう補助加
熱装置を制御するプロセス制御部とを備えたことを特徴
とする請求項１記載の燃料電池発電装置の水蒸気分離器
圧力制御装置。 - 【請求項３】水蒸気供給系がその熱出力系に熱交換器お
よび放圧弁を備え、冷却制御系が水蒸気分離器の圧力を
一定に保つよう前記放圧弁の開度を制御するとともに、
前記熱交換器がその２次冷却水を熱媒体として熱出力す
ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置の
水蒸気分離器圧力制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7053908A JPH08250142A (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | 燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7053908A JPH08250142A (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | 燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250142A true JPH08250142A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=12955823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7053908A Pending JPH08250142A (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | 燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08250142A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002008689A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-11 | Kurita Water Ind Ltd | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
| JP2006073218A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システムとその制御方法 |
| JP2008190734A (ja) * | 2007-02-01 | 2008-08-21 | Toyota Central R&D Labs Inc | 蒸気供給装置 |
| JP2009277540A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 燃料電池発電システムの制御方法及び燃料電池発電システム |
-
1995
- 1995-03-14 JP JP7053908A patent/JPH08250142A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002008689A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-11 | Kurita Water Ind Ltd | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
| JP4660888B2 (ja) * | 2000-06-20 | 2011-03-30 | 栗田工業株式会社 | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
| JP2006073218A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システムとその制御方法 |
| JP4627420B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2011-02-09 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池発電システムとその制御方法 |
| US8349505B2 (en) | 2004-08-31 | 2013-01-08 | Hitachi, Ltd. | Power generation system of fuel cell and control method thereof |
| JP2008190734A (ja) * | 2007-02-01 | 2008-08-21 | Toyota Central R&D Labs Inc | 蒸気供給装置 |
| JP2009277540A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 燃料電池発電システムの制御方法及び燃料電池発電システム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3403667B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池コージェネレーションシステム | |
| JP5897059B2 (ja) | 燃料電池デバイスにおける動作条件を制御する方法および装置 | |
| JPS6351352B2 (ja) | ||
| JP2005100873A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2009272158A (ja) | 燃料電池システム | |
| US7452618B2 (en) | Fuel cell cogeneration system | |
| WO2010123146A1 (en) | Method of controlling a fuel cell system | |
| JPH08250142A (ja) | 燃料電池発電装置の水蒸気分離器圧力制御装置 | |
| US8685577B2 (en) | Fuel cell system and method of controlling the fuel cell system | |
| JP2003282108A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPS60208067A (ja) | 燃料電池発電プラント | |
| JPS6139369A (ja) | 燃料電池発電プラント | |
| JP3358227B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPH10223245A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP3888563B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| KR100317347B1 (ko) | 연료전지 발전시스템의 제어 방법 및 장치 | |
| JPH0541231A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH01217865A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2002134143A (ja) | 燃料電池コージェネレーションシステム | |
| JPS6340269A (ja) | 燃料電池発電プラントの冷却系制御装置 | |
| JPH0922715A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JPH04345766A (ja) | 燃料電池発電プラントの熱併給発電システム | |
| JP2022047383A (ja) | 燃料電池システム、及び、燃料電池システム運転方法 | |
| JPH06103632B2 (ja) | 燃料電池発電プラント | |
| JPH097625A (ja) | 燃料電池発電装置 |