JPH10177863A - 加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法および制御装置 - Google Patents
加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法および制御装置Info
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- JPH10177863A JPH10177863A JP8338469A JP33846996A JPH10177863A JP H10177863 A JPH10177863 A JP H10177863A JP 8338469 A JP8338469 A JP 8338469A JP 33846996 A JP33846996 A JP 33846996A JP H10177863 A JPH10177863 A JP H10177863A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、シンプルな系統で運転制御性を向上
し、自動化運転を可能にするＳＯＦＣの制御方法および
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明の加圧型固体電解質燃料電池モジュ
ールの制御方法は、燃料排ガスライン５と酸化剤排気ラ
イン１３に差圧および圧力制御用の制御弁を有する加圧
型燃料電池モジュール１を具備した高温作動型燃料電池
発電システムにおいて、前記燃料電池モジュール１の常
温から作動温度までの昇・降温と同時に、燃料電池モジ
ュール１の圧力を常圧から運転圧力まで昇・降圧させる
ために、燃料電池モジュール１に投入する燃料流量Ｑ1
と希釈ガス流量Ｑ2 と酸化剤（空気）の流量ＱS を制御
することにより、前記燃料電池モジュール１のあらゆる
運転モードに亘って、制御弁８、１５の開度が一定とな
るようにし、燃料電池モジュール１の差圧制御および圧
力制御を容易にすることを特徴とする。
し、自動化運転を可能にするＳＯＦＣの制御方法および
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明の加圧型固体電解質燃料電池モジュ
ールの制御方法は、燃料排ガスライン５と酸化剤排気ラ
イン１３に差圧および圧力制御用の制御弁を有する加圧
型燃料電池モジュール１を具備した高温作動型燃料電池
発電システムにおいて、前記燃料電池モジュール１の常
温から作動温度までの昇・降温と同時に、燃料電池モジ
ュール１の圧力を常圧から運転圧力まで昇・降圧させる
ために、燃料電池モジュール１に投入する燃料流量Ｑ1
と希釈ガス流量Ｑ2 と酸化剤（空気）の流量ＱS を制御
することにより、前記燃料電池モジュール１のあらゆる
運転モードに亘って、制御弁８、１５の開度が一定とな
るようにし、燃料電池モジュール１の差圧制御および圧
力制御を容易にすることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池（以下、ＳＯＦＣともいう）を主機とする発電システ
ムの差圧および圧力の制御方法、および制御装置に関す
る。
池（以下、ＳＯＦＣともいう）を主機とする発電システ
ムの差圧および圧力の制御方法、および制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を図５〜図６に示す。図５
は、従来の制御方法（起動、停止方法）を示す図。図６
は、従来の制御方法を想定した燃料電池モジュールの発
電システムを示す図である。
は、従来の制御方法（起動、停止方法）を示す図。図６
は、従来の制御方法を想定した燃料電池モジュールの発
電システムを示す図である。
【０００３】固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）では、燃
料電池モジュール内の燃料側と酸化剤側の微差圧を制御
する必要がある。そして、加圧型固体電解質燃料電池モ
ジュールでは、加圧下での制御となり、（１）燃料電池
モジュール全体の系の圧力制御と、（２）微差圧制御
が、同時に必要となる。
料電池モジュール内の燃料側と酸化剤側の微差圧を制御
する必要がある。そして、加圧型固体電解質燃料電池モ
ジュールでは、加圧下での制御となり、（１）燃料電池
モジュール全体の系の圧力制御と、（２）微差圧制御
が、同時に必要となる。
【０００４】加圧型の固体電解質燃料電池モジュール
は、他に例がなく、従来技術と呼べるものがないが、当
社の常圧型燃料電池モジュールにおいては、図５に示す
制御方法（起動、停止方法）を採用している。
は、他に例がなく、従来技術と呼べるものがないが、当
社の常圧型燃料電池モジュールにおいては、図５に示す
制御方法（起動、停止方法）を採用している。
【０００５】図５で、コントロール弁開度のコントロ
ール弁とは、差圧制御弁８と圧力制御弁１５の両方をい
う。図５で、コントロール弁開度のコントロール弁と
は、差圧制御弁８と圧力制御弁１５の両方をいう。
ール弁とは、差圧制御弁８と圧力制御弁１５の両方をい
う。図５で、コントロール弁開度のコントロール弁と
は、差圧制御弁８と圧力制御弁１５の両方をいう。
【０００６】仮に、この制御方法を加圧型の固体電解質
燃料電池発電システムに適用すると、次のような問題を
生じる。 （１）固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）では、作動温度
が約９００〜１０００℃と高いため、一旦、規定の作動
（運転）温度まで昇温した後に、昇圧して、運転圧力ま
で加圧することになるが、（２）前記制御方法では、起
動、停止時においても燃料側の燃料（Ｈ2 ）ガスと希釈
ガス（Ｎ2 ）流量および酸化剤（Ａｉｒ）流量は一定で
あるため、加圧に伴い、図５中、コントロール弁開度
、で示すように、常圧と加圧時とで、幅広い開度範
囲で制御を行う必要があり、燃料電池モジュールの圧力
制御および差圧制御が、制御弁の特性上からも困難であ
る。
燃料電池発電システムに適用すると、次のような問題を
生じる。 （１）固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）では、作動温度
が約９００〜１０００℃と高いため、一旦、規定の作動
（運転）温度まで昇温した後に、昇圧して、運転圧力ま
で加圧することになるが、（２）前記制御方法では、起
動、停止時においても燃料側の燃料（Ｈ2 ）ガスと希釈
ガス（Ｎ2 ）流量および酸化剤（Ａｉｒ）流量は一定で
あるため、加圧に伴い、図５中、コントロール弁開度
、で示すように、常圧と加圧時とで、幅広い開度範
囲で制御を行う必要があり、燃料電池モジュールの圧力
制御および差圧制御が、制御弁の特性上からも困難であ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、次の
ような問題がある。 （１）加圧型の固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）発電シ
ステムにおいて、図５に示すような制御方法では、制御
弁の切替がない図２（本発明）のような系統の場合に
は、常圧〜加圧まで、幅広い開度範囲をカバーする必要
があることから、常圧と加圧下のどちらかで制御が困難
になる。 （２）そのため、図６に示すように、燃料排ガスライン
と酸化剤排ガスラインにそれぞれ差圧制御弁と圧力制御
弁を、常圧用と加圧用の、２系列ずつ設けて、常圧〜加
圧時までの圧力制御範囲をカバーすることが考えられ
る。 （３）しかしながら、昇圧時の制御弁切替に伴う過大な
圧力変動は避けられず、運転も複雑になり、自動化運転
が困難である。
ような問題がある。 （１）加圧型の固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）発電シ
ステムにおいて、図５に示すような制御方法では、制御
弁の切替がない図２（本発明）のような系統の場合に
は、常圧〜加圧まで、幅広い開度範囲をカバーする必要
があることから、常圧と加圧下のどちらかで制御が困難
になる。 （２）そのため、図６に示すように、燃料排ガスライン
と酸化剤排ガスラインにそれぞれ差圧制御弁と圧力制御
弁を、常圧用と加圧用の、２系列ずつ設けて、常圧〜加
圧時までの圧力制御範囲をカバーすることが考えられ
る。 （３）しかしながら、昇圧時の制御弁切替に伴う過大な
圧力変動は避けられず、運転も複雑になり、自動化運転
が困難である。
【０００８】本発明は、これらの問題を解決することが
できる制御方法および装置、すなわち、シンプルな系統
で運転制御性を向上し、自動化運転を可能にする方法お
よび装置を提供することを目的とする。
できる制御方法および装置、すなわち、シンプルな系統
で運転制御性を向上し、自動化運転を可能にする方法お
よび装置を提供することを目的とする。
【０００９】
（第１の手段）本発明に係る加圧型固体電解質燃料電池
モジュールの制御方法は、燃料排ガスライン５に差圧制
御弁８を有するとともに、酸化剤排気ライン１３に圧力
制御弁１５を有する加圧型燃料電池モジュール１を具備
した高温作動型燃料電池発電システムにおいて、（Ａ）
前記燃料電池モジュール１の常温から作動温度までの昇
温・降温と同時に、燃料電池モジュール１の圧力を常圧
から運転圧力まで昇圧・降圧させるために、燃料電池モ
ジュール１に投入する燃料流量Ｑ1 と希釈ガス流量Ｑ2
を制御するとともに、（Ｂ）酸化剤（空気）の流量ＱS
を制御し、（Ｃ）前記燃料電池モジュール１のあらゆる
運転モードに亘って、前記差圧制御弁８と、圧力制御弁
１５の開度が一定となるようにすることにより、燃料電
池モジュール１の差圧制御および圧力制御を容易にする
ことを特徴とする。 （第２の手段）本発明に係る加圧型固体電解質燃料電池
モジュールの制御装置は、燃料供給ライン２と希釈ガス
供給ライン３と酸化剤供給ライン４を有するとともに、
燃料排ガスライン５と酸化剤排ガスライン１３を有する
加圧型燃料電池モジュールの制御装置において、（Ａ）
前記燃料供給ライン２には、燃料流量制御機器ＦＸ１設
け、（Ｂ）前記希釈ガス供給ライン３には、希釈ガス流
量制御機器ＦＸ２を設け、（Ｃ）前記酸化剤供給ライン
４には、酸化剤流量制御機器ＦＸ３を設け、（Ｄ）前記
燃料排ガスライン５には、冷却器６と、差圧制御弁８
と、手動弁９と、煙突１２を設け、（Ｅ）前記酸化剤排
ガスライン１３には、圧力伝送器ＰＸ０２と、圧力制御
弁１５と、手動弁１６と、煙突１７を設け、（Ｆ）燃料
排ガスライン５と酸化剤排ガスライン１３の間には、差
圧発信器ＤＰＸ０１を設け、（Ｇ）前記差圧発信器ＤＰ
Ｘ０１は、燃料排ガスライン５と酸化剤排ガスライン１
３の圧力を比較演算してその差圧を検出し、設定圧力と
なるように差圧制御弁８を制御し、（Ｈ）前記圧力伝送
器ＰＸ０２は、酸化剤排ガスライン１３の圧力を検出し
て、燃料電池モジュール１の運転圧力との差を比較演算
し、設定圧力となるように圧力制御弁１５を制御するこ
とを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る加圧型固体電解質燃料電池
モジュールの制御装置は、第２の手段において、酸化剤
排気ライン１３側の圧力制御弁１５を廃止、もしくは、
開度一定の手動弁１６としたことを特徴とする。
モジュールの制御方法は、燃料排ガスライン５に差圧制
御弁８を有するとともに、酸化剤排気ライン１３に圧力
制御弁１５を有する加圧型燃料電池モジュール１を具備
した高温作動型燃料電池発電システムにおいて、（Ａ）
前記燃料電池モジュール１の常温から作動温度までの昇
温・降温と同時に、燃料電池モジュール１の圧力を常圧
から運転圧力まで昇圧・降圧させるために、燃料電池モ
ジュール１に投入する燃料流量Ｑ1 と希釈ガス流量Ｑ2
を制御するとともに、（Ｂ）酸化剤（空気）の流量ＱS
を制御し、（Ｃ）前記燃料電池モジュール１のあらゆる
運転モードに亘って、前記差圧制御弁８と、圧力制御弁
１５の開度が一定となるようにすることにより、燃料電
池モジュール１の差圧制御および圧力制御を容易にする
ことを特徴とする。 （第２の手段）本発明に係る加圧型固体電解質燃料電池
モジュールの制御装置は、燃料供給ライン２と希釈ガス
供給ライン３と酸化剤供給ライン４を有するとともに、
燃料排ガスライン５と酸化剤排ガスライン１３を有する
加圧型燃料電池モジュールの制御装置において、（Ａ）
前記燃料供給ライン２には、燃料流量制御機器ＦＸ１設
け、（Ｂ）前記希釈ガス供給ライン３には、希釈ガス流
量制御機器ＦＸ２を設け、（Ｃ）前記酸化剤供給ライン
４には、酸化剤流量制御機器ＦＸ３を設け、（Ｄ）前記
燃料排ガスライン５には、冷却器６と、差圧制御弁８
と、手動弁９と、煙突１２を設け、（Ｅ）前記酸化剤排
ガスライン１３には、圧力伝送器ＰＸ０２と、圧力制御
弁１５と、手動弁１６と、煙突１７を設け、（Ｆ）燃料
排ガスライン５と酸化剤排ガスライン１３の間には、差
圧発信器ＤＰＸ０１を設け、（Ｇ）前記差圧発信器ＤＰ
Ｘ０１は、燃料排ガスライン５と酸化剤排ガスライン１
３の圧力を比較演算してその差圧を検出し、設定圧力と
なるように差圧制御弁８を制御し、（Ｈ）前記圧力伝送
器ＰＸ０２は、酸化剤排ガスライン１３の圧力を検出し
て、燃料電池モジュール１の運転圧力との差を比較演算
し、設定圧力となるように圧力制御弁１５を制御するこ
とを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る加圧型固体電解質燃料電池
モジュールの制御装置は、第２の手段において、酸化剤
排気ライン１３側の圧力制御弁１５を廃止、もしくは、
開度一定の手動弁１６としたことを特徴とする。
【００１０】すなわち、本発明の制御方法および制御装
置は、図１に示すように、あらゆる運転モードにおい
て、制御弁（８，１５）の開度がほぼ一定になるよう
に、燃料ガス流量および酸化剤流量を変化させるもので
ある。
置は、図１に示すように、あらゆる運転モードにおい
て、制御弁（８，１５）の開度がほぼ一定になるよう
に、燃料ガス流量および酸化剤流量を変化させるもので
ある。
【００１１】つまり、起動時には、常温から作動温度
（運転温度：約９００〜１０００℃）までの昇温と同時
に、常圧から運転圧力まで昇圧するもので、投入する燃
料側の燃料（Ｈ2 ）ガス流量Ｑ1 と希釈ガス（Ｎ2 ）流
量Ｑ2 と、酸化剤側（Ａｉｒ流量）ＱS を温度変化と対
応させて増加することで昇圧する。
（運転温度：約９００〜１０００℃）までの昇温と同時
に、常圧から運転圧力まで昇圧するもので、投入する燃
料側の燃料（Ｈ2 ）ガス流量Ｑ1 と希釈ガス（Ｎ2 ）流
量Ｑ2 と、酸化剤側（Ａｉｒ流量）ＱS を温度変化と対
応させて増加することで昇圧する。
【００１２】したがって、次のように作用する。 （１）本発明の制御方法または制御装置により、系全体
の圧力を決定する酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁
１５は、開度一定で、燃料排ガスライン５の差圧制御弁
８についても制御開度範囲に収まる。 （２）そのため、図２に示すように、発電システムを簡
素化することができ、圧力変動（差圧変動）も最小にす
ることができる。 （３）さらに、酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁１
５をなくしてしまうこともでき、開度を一定とした手動
弁１６のみでもよく、制御弁としては、燃料排ガスライ
ン５の差圧制御弁８のみとすることも可能である。 （４）本発明の制御方法または制御装置は、ガスタービ
ンとのコンバインド化をはかる場合にも適用可能であ
り、図３〜図４に示すような実施の形態においては、燃
料電池モジュールの圧力を決定する酸化剤（空気）側の
圧力は、ガスタービンとの協調性により決定され、差圧
制御は燃料排ガスライン５の差圧制御弁８により行うこ
とになる。
の圧力を決定する酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁
１５は、開度一定で、燃料排ガスライン５の差圧制御弁
８についても制御開度範囲に収まる。 （２）そのため、図２に示すように、発電システムを簡
素化することができ、圧力変動（差圧変動）も最小にす
ることができる。 （３）さらに、酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁１
５をなくしてしまうこともでき、開度を一定とした手動
弁１６のみでもよく、制御弁としては、燃料排ガスライ
ン５の差圧制御弁８のみとすることも可能である。 （４）本発明の制御方法または制御装置は、ガスタービ
ンとのコンバインド化をはかる場合にも適用可能であ
り、図３〜図４に示すような実施の形態においては、燃
料電池モジュールの圧力を決定する酸化剤（空気）側の
圧力は、ガスタービンとの協調性により決定され、差圧
制御は燃料排ガスライン５の差圧制御弁８により行うこ
とになる。
【００１３】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図２に示す。図１は、第１の実施の形態に係る制御方
法（起動、停止方法）を示す図。
〜図２に示す。図１は、第１の実施の形態に係る制御方
法（起動、停止方法）を示す図。
【００１４】図２は、第１の実施の形態の係る燃料電池
モジュール発電システムの制御装置を示す図である。図
２において、１は燃料電池モジュール、２は燃料供給ラ
インであり、燃料電池モジュール１に水素等の燃料を供
給する。 ３は希釈ガス供給ラインであり、燃料供給ラ
イン２の燃料電池モジュール１の入口に窒素等の希釈ガ
スを供給する。
モジュール発電システムの制御装置を示す図である。図
２において、１は燃料電池モジュール、２は燃料供給ラ
インであり、燃料電池モジュール１に水素等の燃料を供
給する。 ３は希釈ガス供給ラインであり、燃料供給ラ
イン２の燃料電池モジュール１の入口に窒素等の希釈ガ
スを供給する。
【００１５】４は酸化剤供給ラインであり、燃料電池モ
ジュール１に空気等の酸化剤を供給する。そして、前記
各供給ラインの燃料電池モジュール１への供給流量は、
燃料流量制御機器ＦＸ１、希釈ガス流量制御機器ＦＸ
２、酸化剤流量制御機器ＦＸ３により制御される。
ジュール１に空気等の酸化剤を供給する。そして、前記
各供給ラインの燃料電池モジュール１への供給流量は、
燃料流量制御機器ＦＸ１、希釈ガス流量制御機器ＦＸ
２、酸化剤流量制御機器ＦＸ３により制御される。
【００１６】５は燃料排ガスラインであり、燃料電池モ
ジュール１から排出される燃料排ガスを、冷却器６と、
ドレンポット７と、差圧制御弁８と、水逆流防止用ポッ
ト１０と、シールポット１１を経て、煙突１２へ導く。
ジュール１から排出される燃料排ガスを、冷却器６と、
ドレンポット７と、差圧制御弁８と、水逆流防止用ポッ
ト１０と、シールポット１１を経て、煙突１２へ導く。
【００１７】１３は酸化剤排ガスラインであり、燃料電
池モジュール１から排出される酸化剤排ガスを、ドレン
ポット１４と、圧力制御弁１５を経て煙突１７へ導く。
ＤＰＸ０１は、差圧発信器であり、燃料排ガスライン５
と、酸化剤排ガスライン１３の圧力を比較演算して、そ
の差圧を検出し、燃料排ガスライン５の差圧制御弁８を
制御する。
池モジュール１から排出される酸化剤排ガスを、ドレン
ポット１４と、圧力制御弁１５を経て煙突１７へ導く。
ＤＰＸ０１は、差圧発信器であり、燃料排ガスライン５
と、酸化剤排ガスライン１３の圧力を比較演算して、そ
の差圧を検出し、燃料排ガスライン５の差圧制御弁８を
制御する。
【００１８】ＰＸ０２は、圧力伝送器であり、酸化剤排
ガスライン１３の圧力を検出して、燃料電池モジュール
１の運転圧力との差を比較演算し、設定圧力となるよう
に酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁１５を制御す
る。
ガスライン１３の圧力を検出して、燃料電池モジュール
１の運転圧力との差を比較演算し、設定圧力となるよう
に酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁１５を制御す
る。
【００１９】上記のような燃料電池モジュールシステム
において、燃料排ガスライン５に設けた差圧制御弁８
と、酸化剤排ガスライン１３に設けた圧力制御弁１５
は、その弁開度が燃料電池モジュール１のあらゆる運転
状態に亘って、ほぼ一定になるように運転される。
において、燃料排ガスライン５に設けた差圧制御弁８
と、酸化剤排ガスライン１３に設けた圧力制御弁１５
は、その弁開度が燃料電池モジュール１のあらゆる運転
状態に亘って、ほぼ一定になるように運転される。
【００２０】そのためには、燃料電池モジュール１の常
温から作動温度までの昇温・降温と同時に、燃料電池モ
ジュール１の圧力を常圧から運転圧力まで昇圧・降圧さ
せることとし、燃料電池モジュール１に供給する燃料お
よび希釈ガスの流量と酸化剤の流量を次のように制御す
る。弁容量係数ＣV と、温度、圧力、ガス流量の関係
は、以下の式で表される。
温から作動温度までの昇温・降温と同時に、燃料電池モ
ジュール１の圧力を常圧から運転圧力まで昇圧・降圧さ
せることとし、燃料電池モジュール１に供給する燃料お
よび希釈ガスの流量と酸化剤の流量を次のように制御す
る。弁容量係数ＣV と、温度、圧力、ガス流量の関係
は、以下の式で表される。
【００２１】
【数１】
【００２２】ここで Ｖ…気体の体積流量 ［Ｎｍ3 ／ｈ］ Ｇｇ…標準状態の空気に対する標準状態の気体の比重 ［−］ Ｔ1 …弁入口絶対温度 ［Ｋ］ Ｐ1 …弁入口絶対静圧 ［ｋｇｆ／ｃｍ2 、ａｂｓ］ Ｐ2 …弁出口絶対静圧 ［ｋｇｆ／ｃｍ2 、ａｂｓ］ △Ｐ…弁差圧（△Ｐ＝Ｐ1 −Ｐ2 ） ［ｋｇｆ／ｃｍ2 ］ ＣV …弁容量係数 ［−］ 上記関係式から、起動、停止時（昇・降温時）の弁入口
の燃料電池モジュール１出口排ガス温度変化を小さくす
ることが出来れば（制御弁入口のガス温度変化を充分に
小さくすれば）、弁容量係数ＣV は基本的には、下記の
関係にある。
の燃料電池モジュール１出口排ガス温度変化を小さくす
ることが出来れば（制御弁入口のガス温度変化を充分に
小さくすれば）、弁容量係数ＣV は基本的には、下記の
関係にある。
【００２３】 ＣV ＝ｋ（Ｖ／Ｐ） 式（３） ただしｋは比例定数 一方、弁の開度については、式（４）で表される。
【００２４】 弁の開度（％）＝（Ａ／Ｂ）×１００ 式（４） ただし Ａ＝ある状態でのＣV 値 Ｂ＝弁の定格ＣV 値 つまり、燃料電池モジュール１の運転温度を、常温から
作動温度まで昇・降温するのに対応して、燃料ガス流
量、希釈ガス流量、および酸化剤流量を増減すれば、そ
れに伴い、弁の開度は一定で、つまり充分な制御範囲を
確保しつつ、燃料電池モジュール１の圧力を常圧から運
転圧力まで昇・降圧することができる。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図３
に示す。
作動温度まで昇・降温するのに対応して、燃料ガス流
量、希釈ガス流量、および酸化剤流量を増減すれば、そ
れに伴い、弁の開度は一定で、つまり充分な制御範囲を
確保しつつ、燃料電池モジュール１の圧力を常圧から運
転圧力まで昇・降圧することができる。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図３
に示す。
【００２５】図３は、第２の実施の形態に係る天然ガス
加圧型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの制御装
置の構成図である。 （第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図４
に示す。
加圧型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの制御装
置の構成図である。 （第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図４
に示す。
【００２６】図４は、第３の実施の形態の係る石炭ガス
化ガス加圧型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの
制御装置の構成図である。第１の実施の形態ないし第３
の実施の形態は、共にＳＯＦＣからの燃料排ガスと酸化
剤排ガスを燃焼器により、混合燃焼した後に、ガスター
ビンへ送っており、圧力制御の面では、ガスタービンの
運転圧力および変動との協調性が重要となり、燃料電池
モジュール１の運転圧力はこれにより決定される。
化ガス加圧型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの
制御装置の構成図である。第１の実施の形態ないし第３
の実施の形態は、共にＳＯＦＣからの燃料排ガスと酸化
剤排ガスを燃焼器により、混合燃焼した後に、ガスター
ビンへ送っており、圧力制御の面では、ガスタービンの
運転圧力および変動との協調性が重要となり、燃料電池
モジュール１の運転圧力はこれにより決定される。
【００２７】差圧制御については、燃料排ガスライン５
に差圧制御用の制御弁８を設ける。実際の起動方法につ
いては、図１に示したような本発明による制御方法（起
動方法）をあてはめて考えると、ガスタービンの起動に
よる系（システム全体）の昇圧と同時に固体電解質燃料
電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）本体も昇温、昇
圧し起動させる。
に差圧制御用の制御弁８を設ける。実際の起動方法につ
いては、図１に示したような本発明による制御方法（起
動方法）をあてはめて考えると、ガスタービンの起動に
よる系（システム全体）の昇圧と同時に固体電解質燃料
電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）本体も昇温、昇
圧し起動させる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明の制御方法および制御装置により、系全体
の圧力を決定する酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁
１５は、開度一定で、燃料排ガスライン５の差圧制御弁
８についても制御開度範囲に収めることができる。 （２）そのため、発電システムを簡素化することがで
き、圧力変動（差圧変動）も最小にすることができる。 （３）さらに、酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁１
５をなくしてしまうこともでき、開度を一定とした手動
弁のみでもよく、制御弁としては、燃料排ガスライン５
の差圧制御弁８のみとすることも可能である。 （４）本発明の制御方法および制御装置は、ガスタービ
ンとのコンバインド化をはかる場合にも適用可能であ
る。
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明の制御方法および制御装置により、系全体
の圧力を決定する酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁
１５は、開度一定で、燃料排ガスライン５の差圧制御弁
８についても制御開度範囲に収めることができる。 （２）そのため、発電システムを簡素化することがで
き、圧力変動（差圧変動）も最小にすることができる。 （３）さらに、酸化剤排ガスライン１３の圧力制御弁１
５をなくしてしまうこともでき、開度を一定とした手動
弁のみでもよく、制御弁としては、燃料排ガスライン５
の差圧制御弁８のみとすることも可能である。 （４）本発明の制御方法および制御装置は、ガスタービ
ンとのコンバインド化をはかる場合にも適用可能であ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御方法（起
動、停止方法）を示す図。
動、停止方法）を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の係る燃料電池モジ
ュール発電システムの制御装置を示す図。
ュール発電システムの制御装置を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る天然ガス加圧
型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの制御装置の
構成図。
型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの制御装置の
構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の係る石炭ガス化加
圧型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの制御装置
の構成図。
圧型ＳＯＦＣコンバインドサイクルシステムの制御装置
の構成図。
【図５】従来の制御方法（起動、停止方法）を示す図。
【図６】従来の制御方法を想定した燃料電池モジュール
発電システムを示す図。
発電システムを示す図。
１…燃料電池モジュール ２…燃料供給ライン ３…希釈ガス供給ライン ４…酸化剤供給ライン ５…燃料排ガスライン ６…冷却器 ７…ドレンポット ８…差圧制御弁（差圧コントロール弁） ８Ａ…差圧制御用常圧用コントロール弁 ８Ｂ…差圧制御用加圧用コントロール弁 ９……手動弁 １０…水逆流防止用ポット １１…シールポット １２…煙突 １３…酸化剤排気ライン １４…ドレンポット １５…圧力制御弁（圧力コントロール弁） １５Ａ…圧力制御用常圧用コントロール弁 １５Ｂ…圧力制御用加圧用コントロール弁 １６…手動弁 １７…煙突 ５１…天然ガス ５２…改質器 ５３…インバータ ５４…燃焼機 ５５…空気 ５６…空気圧縮機 ５７…ガスタービン ５８…給水 ５９…排ガスボイラ ６０…蒸気タービン ６１…復水器 ６２…煙突 ７１…石炭 ７２…酸化剤 ７３…ガス化炉 ＦＩＣ０１…燃料（Ｈ２）流量コントローラ ＦＩＣ０２…希釈ガス（Ｎ２）流量コントローラ ＦＩＣ０３…酸化剤（Ａｉｒ）流量コントローラ ＦＸ１…燃料流量制御機器 ＦＸ２…希釈ガス流量制御機器 ＦＸ３…酸化剤流量制御機器 ＤＰＸ０１…差圧伝送器 ＰＸ０１…圧力発信器 ＰＸ０２…圧力伝送器 ＱF …燃料流量プラス希釈ガス流量 Ｑ1 …燃料流量 Ｑ2 …希釈ガス流量 ＱS …酸化剤の流量 Ｖ…気体の体積流量 ［Ｎｍ3 ／
ｈ］ Ｇｇ…標準状態の空気に対する標準状態の気体の比重
［−］ Ｔ1 …弁入口絶対温度 ［Ｋ］ Ｐ1 …弁入口絶対静圧 ［ｋｇｆ／
ｃｍ2 、ａｂｓ］ Ｐ2 …弁出口絶対静圧 ［ｋｇｆ／
ｃｍ2 、ａｂｓ］ △Ｐ…弁差圧（△Ｐ＝Ｐ1 −Ｐ2 ） ［ｋｇｆ／
ｃｍ2 ］ ＣV …弁容量係数 ［−］
ｈ］ Ｇｇ…標準状態の空気に対する標準状態の気体の比重
［−］ Ｔ1 …弁入口絶対温度 ［Ｋ］ Ｐ1 …弁入口絶対静圧 ［ｋｇｆ／
ｃｍ2 、ａｂｓ］ Ｐ2 …弁出口絶対静圧 ［ｋｇｆ／
ｃｍ2 、ａｂｓ］ △Ｐ…弁差圧（△Ｐ＝Ｐ1 −Ｐ2 ） ［ｋｇｆ／
ｃｍ2 ］ ＣV …弁容量係数 ［−］
Claims (3)
- 【請求項１】燃料排ガスライン（５）に差圧制御弁
（８）を有するとともに、酸化剤排気ライン（１３）に
圧力制御弁（１５）を有する加圧型燃料電池モジュール
（１）を具備した高温作動型燃料電池発電システムにお
いて、（Ａ）前記燃料電池モジュール（１）の常温から
作動温度までの昇温・降温と同時に、燃料電池モジュー
ル（１）の圧力を常圧から運転圧力まで昇圧・降圧させ
るために、燃料電池モジュール（１）に投入する燃料流
量（Ｑ1 ）と希釈ガス流量（Ｑ2 ）を制御するととも
に、（Ｂ）酸化剤（空気）の流量（ＱS ）を制御し、
（Ｃ）前記燃料電池モジュール（１）のあらゆる運転モ
ードに亘って、前記差圧制御弁（８）と、圧力制御弁
（１５）の開度が一定となるようにすることにより、 燃料電池モジュール（１）の差圧制御および圧力制御を
容易にすることを特徴とする加圧型固体電解質燃料電池
モジュールの制御方法。 - 【請求項２】燃料供給ライン（２）と希釈ガス供給ライ
ン（３）と酸化剤供給ライン（４）を有するとともに、
燃料排ガスライン（５）と酸化剤排ガスライン（１３）
を有する加圧型燃料電池モジュールの制御装置におい
て、（Ａ）前記燃料供給ライン（２）には、，燃料流量
制御機器（ＦＸ１）設け、（Ｂ）前記希釈ガス供給ライ
ン（３）には、希釈ガス流量制御機器（ＦＸ２）を設
け、（Ｃ）前記酸化剤供給ライン（４）には、酸化剤流
量制御機器（ＦＸ３）を設け、（Ｄ）前記燃料排ガスラ
イン（５）には、冷却器（６）と、差圧制御弁（８）
と、手動弁（９）と、煙突（１２）を設け、（Ｅ）前記
酸化剤排ガスライン（１３）には、圧力伝送器（ＰＸ０
２）と、圧力制御弁（１５）と、手動弁（１６）と、煙
突（１７）を設け、（Ｆ）燃料排ガスライン（５）と酸
化剤排ガスライン（１３）の間には、差圧発信器（ＤＰ
Ｘ０１）を設け、（Ｇ）前記差圧発信器（ＤＰＸ０１）
は、燃料排ガスライン（５）と酸化剤排ガスライン（１
３）の圧力を比較演算してその差圧を検出し、設定圧力
となるように差圧制御弁（８）を制御し、（Ｈ）前記圧
力伝送器（ＰＸ０２）は、酸化剤排ガスライン（１３）
の圧力を検出して、燃料電池モジュール（１）の運転圧
力との差を比較演算し、設定圧力となるように圧力制御
弁（１５）を制御することを特徴とする加圧型燃料電池
モジュールの制御装置。 - 【請求項３】酸化剤排気ライン（１３）側の圧力制御弁
（１５）を廃止、もしくは、開度一定の手動弁（１６）
としたことを特徴とする請求項２記載の加圧型固体電解
質燃料電池モジュールの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8338469A JPH10177863A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法および制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8338469A JPH10177863A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法および制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10177863A true JPH10177863A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18318462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8338469A Pending JPH10177863A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法および制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10177863A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003045455A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-14 | Hitachi Ltd | 高温固体酸化物型燃料電池 |
| FR2866754A1 (fr) * | 2004-02-25 | 2005-08-26 | Renault Sas | Procede de regulation de la pression d'un gaz d'echappement d'une pile a combustible de maniere a reguler l'aptitude a la condensation de ce gaz |
| US7117718B2 (en) * | 2001-08-11 | 2006-10-10 | Robert Bosch Gmbh | Device for ascertaining a particle concentration in an exhaust gas flow |
-
1996
- 1996-12-18 JP JP8338469A patent/JPH10177863A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003045455A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-14 | Hitachi Ltd | 高温固体酸化物型燃料電池 |
| US7117718B2 (en) * | 2001-08-11 | 2006-10-10 | Robert Bosch Gmbh | Device for ascertaining a particle concentration in an exhaust gas flow |
| FR2866754A1 (fr) * | 2004-02-25 | 2005-08-26 | Renault Sas | Procede de regulation de la pression d'un gaz d'echappement d'une pile a combustible de maniere a reguler l'aptitude a la condensation de ce gaz |
| WO2005086269A1 (fr) * | 2004-02-25 | 2005-09-15 | Renault S.A.S. | Procede de regulation de la pression d'un gaz d'echappement d'une pile a combustible de maniere a reguler l'aptitude a la condensation de ce gaz |
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