JPH0878030A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池の出力減少時等に改質器の燃焼室の
温度が異常に上昇することを予防し得、運転停止に至る
ことを防止し得る燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 燃料電池５に対する出力指令６３と酸素濃度
検出器６０で検出された酸素濃度６４と温度検出器８１
で検出された出口温度８２とに基づき、低温ブロワ１６
へ回転数の指令６５’を出力すると共に、改質器燃焼空
気流量調節弁６１へ開度補正指令６６’を出力する制御
器６２’を設け、燃焼室Ｃｏの出口温度８２が上限値を
越えた場合、改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度を増
加させ、且つその開度に対応させて低温ブロワ１６の回
転数を増加させ、改質器３の燃焼室Ｃｏへの空気流量を
増やして燃焼室Ｃｏの温度を低下させるよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融炭酸塩型の燃料電池は、高効率で環
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が進められ
ている。

【０００３】図９は天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型
の燃料電池発電装置の一例を示すものである。図示する
ように、発電装置は、天然ガスと水蒸気とを混合した燃
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
３と、酸素を含むカソードガス４と前記アノードガス２
とから発電する燃料電池５とを一般に備えており、改質
器３で作られたアノードガス２は燃料電池５のアノード
Ａｎに供給され、燃料電池５内でその大部分を消費して
アノード排ガス６となり、アノード排ガスライン７によ
り燃焼用ガスとして改質器３の燃焼室Ｃｏに供給される
ようになっている。尚、燃料電池５は格納容器８に格納
され可燃性ガス等の外部への漏洩を防止して安全性を高
めている。

【０００４】改質器３は、燃料電池５を出たアノード排
ガス６中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）と
カソード排ガス９の一部とを燃焼させて高温の燃焼排ガ
ス１０を生成する燃焼室Ｃｏと、内部に改質触媒が充填
されていて燃焼室Ｃｏからの伝熱により燃料ガス１を改
質する改質室Ｒｅとからなっており、改質室Ｒｅで改質
された水素を含む高温のアノードガス２は、燃料加熱器
１１を通り冷却されて燃料電池５のアノードＡｎに供給
されるようになっている。一方、放熱により温度の下が
った燃焼排ガス１０は排ガス供給ライン１２を通り空気
予熱器１３で冷却され、凝縮器１４を経て気水分離ドラ
ム１５により水分が除去され、低温ブロワ１６により加
圧され、空気１７と混合し、空気予熱器１３により加熱
され、カソード循環ライン１８に入るようになってい
る。

【０００５】カソードガス４は、燃料電池５のカソード
Ｃａで一部が反応して高温のカソード排ガス９となり、
カソード排ガスライン３４により空気１７を圧縮するタ
ービン圧縮機２１のタービンＴに導かれて動力が回収さ
れた後、更に排熱回収のため蒸気発生器２２で水蒸気２
３を発生して系外に排出されるようになっている。この
水蒸気２３は蒸気ライン２４により燃料ガス供給ライン
２５に送られ原料ブロワ２７から送られてくる天然ガス
等の原料ガス２６と混合して燃料ガス１となり改質器３
の改質室Ｒｅに供給されるようになっている。

【０００６】前記燃料電池５のカソード排ガス９の一部
は、カソード循環ライン１８により前記空気予熱器１３
からの空気と合流して高温ブロワ２８により、カソード
ガス４として燃料電池５のカソードＣａに循環供給され
るようになっている。

【０００７】又、タービン圧縮機２１の空気圧縮機Ｃで
圧縮された空気１７は低温ブロワ１６の出口で前記水分
が除去された燃焼排ガス１０と合流するようになってい
る。タービン圧縮機２１には空気ブロワ２９を有するバ
イパスライン３０が設けられており、タービン圧縮機２
１の空気圧縮機Ｃで圧縮される空気１７の容量が不足し
た時のバックアップとして空気ブロワ２９が使用される
ようになっている。

【０００８】即ち、前記空気ブロワ２９は、燃料電池５
の起動時を含む低負荷運転時等のタービン圧縮機２１に
送られるカソード排ガス９の流量が少ない時にも空気１
７の要求量を満たすために、空気圧縮機Ｃの不足分を補
うように作動させるようにしてある。

【０００９】図９において、原料ブロワ２７の出口には
燃料供給弁３１が設けてあり、該燃料供給弁３１の出口
側の燃料ガス供給ライン２５にはＮ₂供給弁３２を備え
たＮ₂ガスパージライン３３が接続されている。

【００１０】一方、前記空気予熱器１３の下流側におけ
る排ガス供給ライン１２には、前記改質器３の燃焼室Ｃ
ｏから排出される燃焼排ガス１０中に含まれる酸素濃度
６４を検出する酸素濃度検出器６０を設け、低温ブロワ
１６の出側には、前記改質器３の燃焼室Ｃｏへの空気流
量を調節する改質器燃焼空気流量調節弁６１を設けてあ
り、更に、燃料電池５に対する出力指令６３に基づき低
温ブロワ１６へ回転数指令６５を出力すると共に、前記
出力指令６３と前記酸素濃度検出器６０で検出された酸
素濃度６４とに基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１へ
開度補正指令６６を出力する制御器６２を設けてある。
尚、前記酸素濃度検出器６０を改質器３の燃焼室Ｃｏの
出口部分に設けていないのは、改質器３の燃焼室Ｃｏの
出口部分においては燃焼排ガス１０の温度が高く、酸素
濃度６４の検出に適さないためであり、空気予熱器１３
を通過して熱交換により温度がある程度降下した後の燃
焼排ガス１０中における酸素濃度６４を検出するため
に、酸素濃度検出器６０を空気予熱器１３の下流側にお
ける排ガス供給ライン１２に設けるようにしている。

【００１１】前記制御器６２は、図１０に示される如
く、燃料電池５に対する出力指令６３に基づき低温ブロ
ワ１６の回転数指令６５を自動／手動切換器６７を介し
て低温ブロワ１６へ出力する関数発生器６８と、燃料電
池５に対する出力指令６３に基づき改質器燃焼空気流量
調節弁６１の先行開度指令６９を出力する関数発生器７
０と、前記燃料電池５に対する出力指令に基づき燃焼排
ガス１０中の酸素濃度指令７１を出力する関数発生器７
２と、前記酸素濃度検出器６０で検出された酸素濃度６
４と、前記関数発生器７２から出力される酸素濃度指令
７１との差を求め、酸素濃度偏差７３を出力する減算器
７４と、該減算器７４から出力される酸素濃度偏差７３
に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正指令
７５を出力する関数発生器７６と、該関数発生器７６か
ら出力される開度補正指令７５を比例積分処理して信号
７７を出力する比例積分調節器７８と、該比例積分調節
器７８から出力される信号７７と、前記関数発生器７０
から出力される先行開度指令６９との和を求め、改質器
燃焼空気流量調節弁６１の開度補正指令６６を自動／手
動切換器７９を介して改質器燃焼空気流量調節弁６１へ
出力する加算器８０とを備えてなる構成を有している。

【００１２】尚、前記関数発生器６８には、図３に示さ
れるような関数が入力されており、該関数は、出力指令
６３の増減に対し略比例させて低温ブロワ１６の回転数
指令６５を増減させることを表わしている。又、前記関
数発生器７０には、図４に示されるような関数が入力さ
れており、該関数は、出力指令６３の増減に対し略比例
させて改質器燃焼空気流量調節弁６１の先行開度指令６
９を増減させることを表わしている。又、前記関数発生
器７２には、図５に示されるような関数が入力されてお
り、該関数は、出力指令６３の増減に対し略比例させて
燃焼排ガス１０中の酸素濃度指令７１を増減させること
を表わしている。又、前記関数発生器７６には、図６に
示されるような関数が入力されており、該関数は、酸素
濃度偏差７３の増減に対し略比例させて改質器燃焼空気
流量調節弁６１の開度補正指令７５を増減させることを
表わしている。

【００１３】これにより、前述の如き燃料電池発電装置
の運転時においては、燃料電池５に対する出力指令６３
が制御器６２へ入力されると共に、酸素濃度検出器６０
によって改質器３の燃焼室Ｃｏから排出される燃焼排ガ
ス１０中に含まれる酸素濃度６４が検出され、該酸素濃
度６４が前記制御器６２へ入力される。

【００１４】前記燃料電池５に対する出力指令６３が制
御器６２の関数発生器６８へ入力されると、該関数発生
器６８において前記出力指令６３に基づき低温ブロワ１
６の回転数指令６５が求められ、該回転数指令６５が自
動／手動切換器６７を介して低温ブロワ１６へ出力さ
れ、該低温ブロワ１６の回転数が前記出力指令６３に基
づいて制御される。

【００１５】又、前記出力指令６３が関数発生器７０へ
入力されると、該関数発生器７０において前記出力指令
６３に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の先行開度
指令６９が求められ、該先行開度指令６９が加算器８０
と自動／手動切換器７９を介して改質器燃焼空気流量調
節弁６１へ出力され、該改質器燃焼空気流量調節弁６１
の開度が前記出力指令６３に基づいて応答遅れのないよ
うに先行的に制御されると共に、前記出力指令６３が関
数発生器７２へ入力されると、該関数発生器７２におい
て前記出力指令６３に基づき燃焼排ガス１０中の酸素濃
度指令７１が求められ、該酸素濃度指令７１が減算器７
４へ出力され、且つ酸素濃度検出器６０で検出された燃
焼排ガス１０中の酸素濃度６４が減算器７４へ出力さ
れ、該減算器７４において酸素濃度指令７１と酸素濃度
６４との差が求められて酸素濃度偏差７３が関数発生器
７６へ出力され、該関数発生器７６において前記酸素濃
度偏差７３に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の開
度補正指令７５が求められて比例積分調節器７８へ出力
され、該比例積分調節器７８において前記開度補正指令
７５が比例積分処理されて信号７７が加算器８０へ出力
され、該加算器８０において前記先行開度指令６９と信
号７７との和が求められ、開度補正指令６６が自動／手
動切換器７９を介して改質器燃焼空気流量調節弁６１へ
出力され、該改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度が出
力指令６３並びに燃焼排ガス１０中の酸素濃度６４に基
づいて調節される。

【００１６】この結果、前記低温ブロワ１６の回転数制
御による燃焼排ガス１０の吸い込み量の調整により、改
質器３の燃焼室Ｃｏへ導入されるカソード排ガス９の量
が調整されると共に、前記改質器燃焼空気流量調節弁６
１の開度調節により、低温ブロワ１６の吐出量が調整さ
れ、改質器３の燃焼室Ｃｏへ供給される空気の流量が調
整されるようになっている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前述の如き燃料電池発
電装置では、燃料電池５に対する出力指令６３の変化
時、特に出力減少時に、制御系の遅れ等から燃料電池５
のアノードＡｎで消費されない燃料ガス中の未燃分が一
時的に増加して、改質器３の燃焼室Ｃｏへ供給され、該
燃焼室Ｃｏの温度が異常に高くなることがある。

【００１８】しかしながら、従来の燃料電池発電装置の
場合、前述したように、低温ブロワ１６の回転数は燃料
電池５の出力指令６３に基づいて一律に制御されてお
り、前記改質器３の燃焼室Ｃｏへ供給される空気流量を
増やして該燃焼室Ｃｏの温度を低下させることは不可能
であり、燃焼室Ｃｏの温度異常上昇により運転停止に至
るという欠点を有していた。

【００１９】本発明は、斯かる実情に鑑み、燃料電池５
の出力減少時等に改質器３の燃焼室Ｃｏの温度が異常に
上昇することを予防し得、運転停止に至ることを防止し
得る燃料電池発電装置を提供しようとするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、カソードＣａ
とアノードＡｎとを有し、発電を行う燃料電池５と、原
料ガス２６に水蒸気２３を加えた燃料ガス１を、水素を
含むアノードガス２に改質して前記燃料電池５のアノー
ドＡｎへ供給する改質室Ｒｅと、燃料電池５のアノード
Ａｎから排出されるアノード排ガス６と前記燃料電池５
のカソードＣａから排出されるカソード排ガス９の一部
とが導入されて燃焼が行われ、且つ前記改質室Ｒｅでの
改質のための熱を発生する燃焼室Ｃｏとからなる改質器
３と、前記燃料電池５のカソードＣａから排出されるカ
ソード排ガス９により駆動されるタービンＴを有し、該
タービンＴによって駆動される空気圧縮機Ｃからの空気
１７を燃料電池５のカソードＣａに供給するタービン圧
縮機２１と、回転数制御による吸い込み量の調整によ
り、前記改質器３の燃焼室Ｃｏへ導入されるカソード排
ガス９の量を調整し、且つ前記改質器３の燃焼室Ｃｏか
らの燃焼排ガス１０を、前記タービン圧縮機２１の空気
圧縮機Ｃからの空気１７と一緒に燃料電池５のカソード
Ｃａを介して改質器３の燃焼室Ｃｏへ供給する低温ブロ
ワ１６と、該低温ブロワ１６の出側に設けられ且つ前記
改質器３の燃焼室Ｃｏへの空気流量を調節する改質器燃
焼空気流量調節弁６１とを備えた燃料電池発電装置であ
って、燃料電池５に対する出力指令６３に基づき改質器
燃焼空気流量調節弁６１の先行開度指令６９を出力する
関数発生器７０と、前記燃料電池５に対する出力指令６
３に基づき燃焼排ガス１０中の酸素濃度指令７１を出力
する関数発生器７２と、改質器３の燃焼室Ｃｏから排出
される燃焼排ガス１０中に含まれる酸素濃度６４を検出
する酸素濃度検出器６０と、前記関数発生器７２から出
力される酸素濃度指令７１と、前記酸素濃度検出器６０
で検出された酸素濃度６４との差を求め、酸素濃度偏差
７３を出力する減算器７４と、該減算器７４から出力さ
れる酸素濃度偏差７３に基づき改質器燃焼空気流量調節
弁６１の開度補正指令７５を出力する関数発生器７６
と、前記改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２を検出す
る温度検出器８１と、前記改質器３の燃焼室Ｃｏの出口
温度８２の上限値８３を設定出力する信号発生器８４
と、前記温度検出器８１で検出された出口温度８２と、
前記信号発生器８４から出力される上限値８３との差を
求め、出口温度偏差８５を出力する減算器８６と、該減
算器８６から出力される出口温度偏差８５に基づき改質
器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正指令８７を出力す
る関数発生器８８と、改質器燃焼空気流量調節弁６１の
許容最大開度８９を設定出力する信号発生器９０と、前
記関数発生器８８から出力される開度補正指令８７を、
前記信号発生器９０から出力される許容最大開度８９を
越えないよう比例積分処理して信号９１を出力するリミ
ッタ付比例積分調節器９２と、該リミッタ付比例積分調
節器９２から出力される信号９１と、前記関数発生器７
６から出力される開度補正指令７５との和を求め、改質
器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正指令７５’を出力
する加算器９３と、該加算器９３から出力される開度補
正指令７５’を比例積分処理して信号７７’を出力する
比例積分調節器７８と、該比例積分調節器７８から出力
される信号７７’と、前記関数発生器７０から出力され
る先行開度指令６９との和を求め、改質器燃焼空気流量
調節弁６１の開度補正指令６６’を改質器燃焼空気流量
調節弁６１へ出力する加算器８０と、前記燃料電池５に
対する出力指令６３に基づき低温ブロワ１６の回転数指
令６５を出力する関数発生器６８と、前記加算器８０か
ら出力される開度補正指令６６’に基づき低温ブロワ１
６の回転数補正指令９４を出力する関数発生器９５と、
該関数発生器９５から出力される回転数補正指令９４が
変化した場合に、その変化率を設定値以下の範囲内に制
限する処理を行って回転数補正指令９６を出力する変化
率制限器９７と、前記改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度
８２が上限値８３以下の時には前記関数発生器６８から
出力される回転数指令６５をそのまま指令６５’として
低温ブロワ１６へ出力する一方、前記改質器３の燃焼室
Ｃｏの出口温度８２が上限値８３を越えた時には前記関
数発生器９５から変化率制限器９７を介して出力される
回転数補正指令９６を指令６５’として低温ブロワ１６
へ出力する切換器９８とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００２１】

【作用】従って、燃料電池発電装置の運転時において
は、燃料電池５に対する出力指令６３が制御器６２へ入
力されると共に、酸素濃度検出器６０によって改質器３
の燃焼室Ｃｏから排出される燃焼排ガス１０中に含まれ
る酸素濃度６４が検出され、且つ温度検出器８１によっ
て改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２が検出され、前
記酸素濃度６４と出口温度８２とが前記制御器６２’へ
入力される。

【００２２】前記燃料電池５に対する出力指令６３が制
御器６２’の関数発生器７０へ入力されると、該関数発
生器７０において前記出力指令６３に基づき改質器燃焼
空気流量調節弁６１の先行開度指令６９が求められ、該
先行開度指令６９が加算器８０を介して改質器燃焼空気
流量調節弁６１へ出力され、該改質器燃焼空気流量調節
弁６１の開度が前記出力指令６３に基づいて応答遅れの
ないように先行的に制御されると共に、前記出力指令６
３が制御器６２’の関数発生器７２へ入力されると、該
関数発生器７２において前記出力指令６３に基づき燃焼
排ガス１０中の酸素濃度指令７１が求められ、該酸素濃
度指令７１が減算器７４へ出力され、且つ酸素濃度検出
器６０で検出された燃焼排ガス１０中の酸素濃度６４が
減算器７４へ出力され、該減算器７４において酸素濃度
指令７１と酸素濃度６４との差が求められて酸素濃度偏
差７３が関数発生器７６へ出力され、該関数発生器７６
において前記酸素濃度偏差７３に基づき改質器燃焼空気
流量調節弁６１の開度補正指令７５が求められて加算器
９３へ出力される。

【００２３】又、温度検出器８１で検出された出口温度
８２が制御器６２’の減算器８６へ入力されると、該減
算器８６において出口温度８２と信号発生器８４で設定
出力される改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２の上限
値８３との差が求められて出口温度偏差８５が関数発生
器８８へ出力され、該関数発生器８８において前記出口
温度偏差８５に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の
開度補正指令８７が求められ、信号発生器９０から改質
器燃焼空気流量調節弁６１の許容最大開度８９が入力さ
れているリミッタ付比例積分調節器９２へ出力され、該
リミッタ付比例積分調節器９２において前記開度補正指
令８７が比例積分処理されて信号９１が前記加算器９３
へ出力され、該加算器９３においては、前記改質器燃焼
空気流量調節弁６１の開度補正指令７５と信号９１との
和が求められ、改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補
正指令７５’が比例積分調節器７８へ出力され、該比例
積分調節器７８において前記開度補正指令７５’が比例
積分処理されて信号７７’が加算器８０へ出力され、該
加算器８０において前記先行開度指令６９と信号７７と
の和が求められ、開度補正指令６６’が改質器燃焼空気
流量調節弁６１へ出力され、該改質器燃焼空気流量調節
弁６１の開度が出力指令６３、燃焼排ガス１０中の酸素
濃度６４並びに改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２に
基づいて調節される。

【００２４】一方、前記燃料電池５に対する出力指令６
３が制御器６２’の関数発生器６８へ入力されると、該
関数発生器６８において前記出力指令６３に基づき低温
ブロワ１６の回転数指令６５が求められ、前記改質器３
の燃焼室Ｃｏの出口温度８２が上限値８３以下の時に
は、前記回転数指令６５が切換器９８からそのまま指令
６５’として低温ブロワ１６へ出力され、該低温ブロワ
１６の回転数が前記出力指令６３に基づいて制御され
る。

【００２５】又、前記加算器８０から出力される開度補
正指令６６’は、関数発生器９５へ入力されており、該
関数発生器９５において前記開度補正指令６６’に基づ
き低温ブロワ１６の回転数補正指令９４が求められて変
化率制限器９７へ出力され、該変化率制限器９７におい
て、回転数補正指令９４の変化率を設定値以下の範囲内
に制限する処理が行われて回転数補正指令９６が切換器
９８へ出力されており、この状態で、燃料電池５の出力
減少時等に、改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２が上
限値８３を越えた時には、前記回転数指令６５の代りに
前記関数発生器９５から変化率制限器９７を介して出力
される回転数補正指令９６が切換器９８から指令６５’
として低温ブロワ１６へ出力され、該低温ブロワ１６の
回転数が前記改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正
指令６６’に対応して制御される。

【００２６】この結果、前記改質器３の燃焼室Ｃｏの出
口温度８２が上限値８３を越えた時には、改質器燃焼空
気流量調節弁６１の開度が許容最大開度８９を越えない
範囲内で増加されると共に、該改質器燃焼空気流量調節
弁６１の開度に対応して低温ブロワ１６の回転数が所望
の変化率で増加され、前記改質器３の燃焼室Ｃｏへ供給
される空気流量が増やされて該燃焼室Ｃｏの温度が前記
上限値８３以下の所要温度に低下し保持される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００２８】図１及び図２は本発明の一実施例であっ
て、図中、図９及び図１０と同一の符号を付した部分は
同一物を表わしており、基本的な構成は図９及び図１０
に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とす
るところは、図１及び図２に示す如く、改質器３の燃焼
室Ｃｏの出口部分における排ガス供給ライン１２に、改
質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２を検出する温度検出
器８１を設け、燃料電池５に対する出力指令６３と酸素
濃度検出器６０で検出された酸素濃度６４と温度検出器
８１で検出された出口温度８２とに基づき、低温ブロワ
１６へ回転数の指令６５’を出力すると共に、改質器燃
焼空気流量調節弁６１へ開度補正指令６６’を出力する
制御器６２’を設けた点にある。

【００２９】前記制御器６２’は、図２に示す如く、燃
料電池５に対する出力指令６３に基づき改質器燃焼空気
流量調節弁６１の先行開度指令６９を出力する関数発生
器７０と、前記燃料電池５に対する出力指令６３に基づ
き燃焼排ガス１０中の酸素濃度指令７１を出力する関数
発生器７２と、該関数発生器７２から出力される酸素濃
度指令７１と、前記酸素濃度検出器６０で検出された酸
素濃度６４との差を求め、酸素濃度偏差７３を出力する
減算器７４と、該減算器７４から出力される酸素濃度偏
差７３に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補
正指令７５を出力する関数発生器７６と、改質器３の燃
焼室Ｃｏの出口温度８２の上限値８３（およそ８００
℃）を設定出力する信号発生器８４と、前記温度検出器
８１で検出された出口温度８２と、前記信号発生器８４
から出力される上限値８３との差を求め、出口温度偏差
８５を出力する減算器８６と、該減算器８６から出力さ
れる出口温度偏差８５に基づき改質器燃焼空気流量調節
弁６１の開度補正指令８７を出力する関数発生器８８
と、改質器燃焼空気流量調節弁６１の許容最大開度８９
を設定出力する信号発生器９０と、前記関数発生器８８
から出力される開度補正指令８７を、前記信号発生器９
０から出力される許容最大開度８９を越えないよう比例
積分処理して信号９１を出力するリミッタ付比例積分調
節器９２と、該リミッタ付比例積分調節器９２から出力
される信号９１と、前記関数発生器７６から出力される
開度補正指令７５との和を求め、改質器燃焼空気流量調
節弁６１の開度補正指令７５’を出力する加算器９３
と、該加算器９３から出力される開度補正指令７５’を
比例積分処理して信号７７’を出力する比例積分調節器
７８と、該比例積分調節器７８から出力される信号７
７’と、前記関数発生器７０から出力される先行開度指
令６９との和を求め、改質器燃焼空気流量調節弁６１の
開度補正指令６６’を自動／手動切換器７９を介して改
質器燃焼空気流量調節弁６１へ出力する加算器８０と、
前記燃料電池５に対する出力指令６３に基づき低温ブロ
ワ１６の回転数指令６５を出力する関数発生器６８と、
前記加算器８０から出力される開度補正指令６６’に基
づき低温ブロワ１６の回転数補正指令９４を出力する関
数発生器９５と、該関数発生器９５から出力される回転
数補正指令９４が変化した場合に、その変化率を設定値
以下の範囲内に制限する処理を行って回転数補正指令９
６を出力する変化率制限器９７と、前記改質器３の燃焼
室Ｃｏの出口温度８２が上限値８３以下の時には前記関
数発生器６８から出力される回転数指令６５をそのまま
指令６５’として自動／手動切換器６７を介し低温ブロ
ワ１６へ出力する一方、前記改質器３の燃焼室Ｃｏの出
口温度８２が上限値８３を越えた時には前記関数発生器
９５から変化率制限器９７を介して出力される回転数補
正指令９６を指令６５’として自動／手動切換器６７を
介し低温ブロワ１６へ出力する切換器９８とを備えてな
る構成を有している。

【００３０】尚、前記関数発生器６８，７０，７２，７
６は夫々、図１０に示したものと同様な関数発生器であ
って、各関数発生器６８，７０，７２，７６には夫々、
図３〜図６に示されるような関数が入力されている。
又、前記関数発生器８８には、図７に示されるような関
数が入力されており、該関数は、改質器３の燃焼室Ｃｏ
の出口温度偏差８５の増減に対し略比例させて改質器燃
焼空気流量調節弁６１の開度補正指令８７を増減させる
ことを表わしている。又、前記関数発生器９５には、図
８に示されるような関数が入力されており、該関数は、
改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正指令６６’の
増減に対し略比例させて低温ブロワ１６の回転数補正指
令９４を増減させることを表わしている。

【００３１】又、前記信号発生器９０によって改質器燃
焼空気流量調節弁６１の許容最大開度８９を設定してい
るのは、改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度をある開
度以上に増加させた場合、燃料電池５のカソードＣａの
入側と出側の差圧が大きくなりすぎ運転に支障をきたす
ので、これを回避するためであり、又、変化率制限器９
７によって関数発生器９５から出力される回転数補正指
令９４の変化率を設定値以下の範囲内に制限しつつ回転
数補正指令９６を出力するようにしているのは、低温ブ
ロワ１６の回転数を急激に増加させた場合、やはり燃料
電池５のカソードＣａの入側と出側の差圧が大きくなり
すぎ運転に支障をきたすので、これを回避するためであ
る。

【００３２】次に、上記実施例の作動を説明する。

【００３３】燃料電池発電装置の運転時においては、燃
料電池５に対する出力指令６３が制御器６２へ入力され
ると共に、酸素濃度検出器６０によって改質器３の燃焼
室Ｃｏから排出される燃焼排ガス１０中に含まれる酸素
濃度６４が検出され、且つ温度検出器８１によって改質
器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２が検出され、前記酸素
濃度６４と出口温度８２とが前記制御器６２’へ入力さ
れる。

【００３４】前記燃料電池５に対する出力指令６３が制
御器６２’の関数発生器７０へ入力されると、該関数発
生器７０において前記出力指令６３に基づき改質器燃焼
空気流量調節弁６１の先行開度指令６９が求められ、該
先行開度指令６９が加算器８０と自動／手動切換器７９
を介して改質器燃焼空気流量調節弁６１へ出力され、該
改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度が前記出力指令６
３に基づいて応答遅れのないように先行的に制御される
と共に、前記出力指令６３が制御器６２’の関数発生器
７２へ入力されると、該関数発生器７２において前記出
力指令６３に基づき燃焼排ガス１０中の酸素濃度指令７
１が求められ、該酸素濃度指令７１が減算器７４へ出力
され、且つ酸素濃度検出器６０で検出された燃焼排ガス
１０中の酸素濃度６４が減算器７４へ出力され、該減算
器７４において酸素濃度指令７１と酸素濃度６４との差
が求められて酸素濃度偏差７３が関数発生器７６へ出力
され、該関数発生器７６において前記酸素濃度偏差７３
に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正指令
７５が求められて加算器９３へ出力される。

【００３５】又、温度検出器８１で検出された出口温度
８２が制御器６２’の減算器８６へ入力されると、該減
算器８６において出口温度８２と信号発生器８４で設定
出力される改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２の上限
値８３との差が求められて出口温度偏差８５が関数発生
器８８へ出力され、該関数発生器８８において前記出口
温度偏差８５に基づき改質器燃焼空気流量調節弁６１の
開度補正指令８７が求められてリミッタ付比例積分調節
器９２へ出力され、該リミッタ付比例積分調節器９２に
おいて前記開度補正指令８７が比例積分処理されて信号
９１が前記加算器９３へ出力される。ここで、前記リミ
ッタ付比例積分調節器９２には、信号発生器９０から改
質器燃焼空気流量調節弁６１の許容最大開度８９が入力
されており、前記開度補正指令８７が許容最大開度８９
を越えている場合には、該許容最大開度８９を越えない
よう比例積分処理が行われる。

【００３６】加算器９３においては、前記改質器燃焼空
気流量調節弁６１の開度補正指令７５と信号９１との和
が求められ、改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度補正
指令７５’が比例積分調節器７８へ出力され、該比例積
分調節器７８において前記開度補正指令７５’が比例積
分処理されて信号７７’が加算器８０へ出力され、該加
算器８０において前記先行開度指令６９と信号７７との
和が求められ、開度補正指令６６’が自動／手動切換器
７９を介して改質器燃焼空気流量調節弁６１へ出力さ
れ、該改質器燃焼空気流量調節弁６１の開度が出力指令
６３、燃焼排ガス１０中の酸素濃度６４並びに改質器３
の燃焼室Ｃｏの出口温度８２に基づいて調節される。

【００３７】一方、前記燃料電池５に対する出力指令６
３が制御器６２’の関数発生器６８へ入力されると、該
関数発生器６８において前記出力指令６３に基づき低温
ブロワ１６の回転数指令６５が求められ、前記改質器３
の燃焼室Ｃｏの出口温度８２が上限値８３以下の時に
は、前記回転数指令６５が切換器９８からそのまま指令
６５’として自動／手動切換器６７を介し低温ブロワ１
６へ出力され、該低温ブロワ１６の回転数が前記出力指
令６３に基づいて制御される。

【００３８】又、前記加算器８０から自動／手動切換器
７９を介して出力される開度補正指令６６’は、関数発
生器９５へ入力されており、該関数発生器９５において
前記開度補正指令６６’に基づき低温ブロワ１６の回転
数補正指令９４が求められて変化率制限器９７へ出力さ
れ、該変化率制限器９７において、回転数補正指令９４
の変化率を設定値以下の範囲内に制限する処理が行われ
て回転数補正指令９６が切換器９８へ出力されている。

【００３９】この状態で、燃料電池５の出力減少時等
に、改質器３の燃焼室Ｃｏの出口温度８２が上限値８３
を越えた時には、前記回転数指令６５の代りに前記関数
発生器９５から変化率制限器９７を介して出力される回
転数補正指令９６が切換器９８から指令６５’として自
動／手動切換器６７を介し低温ブロワ１６へ出力され、
該低温ブロワ１６の回転数が前記改質器燃焼空気流量調
節弁６１の開度補正指令６６’に対応して制御される。

【００４０】この結果、前記改質器３の燃焼室Ｃｏの出
口温度８２が上限値８３を越えた時には、改質器燃焼空
気流量調節弁６１の開度が許容最大開度８９を越えない
範囲内で増加されると共に、該改質器燃焼空気流量調節
弁６１の開度に対応して低温ブロワ１６の回転数が所望
の変化率で増加され、前記改質器３の燃焼室Ｃｏへ供給
される空気流量が増やされて該燃焼室Ｃｏの温度が前記
上限値８３（およそ８００℃）以下の所要温度（およそ
７７０℃）に低下し保持される。

【００４１】こうして、燃料電池５の出力減少時等に改
質器３の燃焼室Ｃｏの温度が異常に上昇することを予防
し得、運転停止に至ることを防止し得る。

【００４２】尚、本発明の燃料電池発電装置は、上述の
実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。

【００４３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の燃料電池
発電装置によれば、燃料電池５の出力減少時等に改質器
３の燃焼室Ｃｏの温度が異常に上昇することを予防し
得、運転停止に至ることを防止し得るという優れた効果
を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体概要構成図である。

【図２】本発明の一実施例における制御器のブロック図
である。

【図３】図２及び図１０に示される関数発生器６８に設
定されている関数を表わす線図である。

【図４】図２及び図１０に示される関数発生器７０に設
定されている関数を表わす線図である。

【図５】図２及び図１０に示される関数発生器７２に設
定されている関数を表わす線図である。

【図６】図２及び図１０に示される関数発生器７６に設
定されている関数を表わす線図である。

【図７】図２に示される関数発生器８８に設定されてい
る関数を表わす線図である。

【図８】図２に示される関数発生器９５に設定されてい
る関数を表わす線図である。

【図９】従来例の全体概要構成図である。

【図１０】従来例における制御器のブロック図である。

【符号の説明】

１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ 改質器 ５ 燃料電池 ６ アノード排ガス ９ カソード排ガス １０ 燃焼排ガス １６ 低温ブロワ １７ 空気 ２１ タービン圧縮機 ２３ 水蒸気 ６０ 酸素濃度検出器 ６１ 改質器燃焼空気流量調節弁 ６３ 出力指令 ６４ 酸素濃度 ６５ 回転数指令 ６５’ 指令 ６６’ 開度補正指令 ６８ 関数発生器 ６９ 先行開度指令 ７０ 関数発生器 ７１ 酸素濃度指令 ７２ 関数発生器 ７３ 酸素濃度偏差 ７４ 減算器 ７５ 開度補正指令 ７５’ 開度補正指令 ７６ 関数発生器 ７７’ 信号 ７８ 比例積分調節器 ８０ 加算器 ８１ 温度検出器 ８２ 出口温度 ８３ 上限値 ８４ 信号発生器 ８５ 出口温度偏差 ８６ 減算器 ８７ 開度補正指令 ８８ 関数発生器 ８９ 許容最大開度 ９０ 信号発生器 ９１ 信号 ９２ リミッタ付比例積分調節器 ９３ 加算器 ９４ 回転数補正指令 ９５ 関数発生器 ９６ 回転数補正指令 ９７ 変化率制限器 ９８ 切換器 Ａｎ アノード Ｃａ カソード Ｃｏ 燃焼室 Ｒｅ 改質室 Ｃ 空気圧縮機 Ｔ タービン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソード（Ｃａ）とアノード（Ａｎ）と
   を有し、発電を行う燃料電池（５）と、 原料ガス（２６）に水蒸気（２３）を加えた燃料ガス
   （１）を、水素を含むアノードガス（２）に改質して前
   記燃料電池（５）のアノード（Ａｎ）へ供給する改質室
   （Ｒｅ）と、燃料電池（５）のアノード（Ａｎ）から排
   出されるアノード排ガス（６）と前記燃料電池（５）の
   カソード（Ｃａ）から排出されるカソード排ガス（９）
   の一部とが導入されて燃焼が行われ、且つ前記改質室
   （Ｒｅ）での改質のための熱を発生する燃焼室（Ｃｏ）
   とからなる改質器（３）と、 前記燃料電池（５）のカソード（Ｃａ）から排出される
   カソード排ガス（９）により駆動されるタービン（Ｔ）
   を有し、該タービン（Ｔ）によって駆動される空気圧縮
   機（Ｃ）からの空気（１７）を燃料電池（５）のカソー
   ド（Ｃａ）に供給するタービン圧縮機（２１）と、 回転数制御による吸い込み量の調整により、前記改質器
   （３）の燃焼室（Ｃｏ）へ導入されるカソード排ガス
   （９）の量を調整し、且つ前記改質器（３）の燃焼室
   （Ｃｏ）からの燃焼排ガス（１０）を、前記タービン圧
   縮機（２１）の空気圧縮機（Ｃ）からの空気（１７）と
   一緒に燃料電池（５）のカソード（Ｃａ）を介して改質
   器（３）の燃焼室（Ｃｏ）へ供給する低温ブロワ（１
   ６）と、 該低温ブロワ（１６）の出側に設けられ且つ前記改質器
   （３）の燃焼室（Ｃｏ）への空気流量を調節する改質器
   燃焼空気流量調節弁（６１）とを備えた燃料電池発電装
   置であって、 燃料電池（５）に対する出力指令（６３）に基づき改質
   器燃焼空気流量調節弁（６１）の先行開度指令（６９）
   を出力する関数発生器（７０）と、 前記燃料電池（５）に対する出力指令（６３）に基づき
   燃焼排ガス（１０）中の酸素濃度指令（７１）を出力す
   る関数発生器（７２）と、 改質器（３）の燃焼室（Ｃｏ）から排出される燃焼排ガ
   ス（１０）中に含まれる酸素濃度（６４）を検出する酸
   素濃度検出器（６０）と、 前記関数発生器（７２）から出力される酸素濃度指令
   （７１）と、前記酸素濃度検出器（６０）で検出された
   酸素濃度（６４）との差を求め、酸素濃度偏差（７３）
   を出力する減算器（７４）と、 該減算器（７４）から出力される酸素濃度偏差（７３）
   に基づき改質器燃焼空気流量調節弁（６１）の開度補正
   指令（７５）を出力する関数発生器（７６）と、 前記改質器（３）の燃焼室（Ｃｏ）の出口温度（８２）
   を検出する温度検出器（８１）と、 前記改質器（３）の燃焼室（Ｃｏ）の出口温度（８２）
   の上限値（８３）を設定出力する信号発生器（８４）
   と、 前記温度検出器（８１）で検出された出口温度（８２）
   と、前記信号発生器（８４）から出力される上限値（８
   ３）との差を求め、出口温度偏差（８５）を出力する減
   算器（８６）と、 該減算器（８６）から出力される出口温度偏差（８５）
   に基づき改質器燃焼空気流量調節弁（６１）の開度補正
   指令（８７）を出力する関数発生器（８８）と、 改質器燃焼空気流量調節弁（６１）の許容最大開度（８
   ９）を設定出力する信号発生器（９０）と、 前記関数発生器（８８）から出力される開度補正指令
   （８７）を、前記信号発生器（９０）から出力される許
   容最大開度（８９）を越えないよう比例積分処理して信
   号（９１）を出力するリミッタ付比例積分調節器（９
   ２）と、 該リミッタ付比例積分調節器（９２）から出力される信
   号（９１）と、前記関数発生器（７６）から出力される
   開度補正指令（７５）との和を求め、改質器燃焼空気流
   量調節弁（６１）の開度補正指令（７５’）を出力する
   加算器（９３）と、 該加算器（９３）から出力される開度補正指令（７
   ５’）を比例積分処理して信号（７７’）を出力する比
   例積分調節器（７８）と、 該比例積分調節器（７８）から出力される信号（７
   ７’）と、前記関数発生器（７０）から出力される先行
   開度指令（６９）との和を求め、改質器燃焼空気流量調
   節弁（６１）の開度補正指令（６６’）を改質器燃焼空
   気流量調節弁（６１）へ出力する加算器（８０）と、 前記燃料電池（５）に対する出力指令（６３）に基づき
   低温ブロワ（１６）の回転数指令（６５）を出力する関
   数発生器（６８）と、 前記加算器（８０）から出力される開度補正指令（６
   ６’）に基づき低温ブロワ（１６）の回転数補正指令
   （９４）を出力する関数発生器（９５）と、 該関数発生器（９５）から出力される回転数補正指令
   （９４）が変化した場合に、その変化率を設定値以下の
   範囲内に制限する処理を行って回転数補正指令（９６）
   を出力する変化率制限器（９７）と、 前記改質器（３）の燃焼室（Ｃｏ）の出口温度（８２）
   が上限値（８３）以下の時には前記関数発生器（６８）
   から出力される回転数指令（６５）をそのまま指令（６
   ５’）として低温ブロワ（１６）へ出力する一方、前記
   改質器（３）の燃焼室（Ｃｏ）の出口温度（８２）が上
   限値（８３）を越えた時には前記関数発生器（９５）か
   ら変化率制限器（９７）を介して出力される回転数補正
   指令（９６）を指令（６５’）として低温ブロワ（１
   ６）へ出力する切換器（９８）とを備えたことを特徴と
   する燃料電池発電装置。