JPS60124361A - 燃料電池制御システム - Google Patents

燃料電池制御システム

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Publication number
JPS60124361A
JPS60124361A JP58229775A JP22977583A JPS60124361A JP S60124361 A JPS60124361 A JP S60124361A JP 58229775 A JP58229775 A JP 58229775A JP 22977583 A JP22977583 A JP 22977583A JP S60124361 A JPS60124361 A JP S60124361A
Authority
JP
Japan
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air
valve
pressure
fuel cell
compressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP58229775A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroki Shibukawa
渋川 裕樹
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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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS60124361A publication Critical patent/JPS60124361A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池本体内部を高温高圧化するための燃料
電池制御システムに関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
電力の発生は通常、発電機を蒸気夕・−ビン等の原動機
で回転させ、この与えられた駆動エネルギーを発電機に
て交流電力として発生させ、交流のまま需要側へ送る事
が、電力の発生より消費に致るまで、最も都合の良い方
法として採用されており、現在の電力系統は交流系統が
ほとんどを占めている。
一方、蒸気タービン等を駆動する蒸気はボイラ等にて石
油、ガス等の燃料を燃焼させたエネルギーによシ発生さ
せているが、この燃料エネルギーを熱エネルギーとして
取り出し、蒸気エネルギーに変換し、更に電気エネルギ
ーとして取り出す事は効率面で不利な事から、近年、燃
料の化学的変化をさせ、この化学的変化の際に発生する
電子の流れより直接電気エネルギーを取り出そうとする
燃料電池発電方式が省エネルギー発電の一つとして採用
されるようになってきた。
この燃料電池発電は、天然ガスを改質器内で触媒と反応
させ水素含有率の高い改質燃料として取シ出し、燃料電
池本体の水素極へ導き、これを酸素極の酸素と触媒反応
させることによって酸素極が正極、水素極が負極になる
ような電気エネルギーを発生させるものである。
ところで、従来性なわれ−Cいた燃料電池発電はいずれ
も小規模なもので、常温常圧下で発電を行なっていた。
しかし、燃料電池内の酸素と水素の触媒を高温高圧下で
行なうことが、発電効率の向上につながることが知られ
ており、近年求められている事業用規模の発電プラント
には、効率の面からシステムの高温高圧化が必要不可欠
となる。
また、従来の小規模な燃料電池発電においては、電池本
体への酸素の供給は主にプロワによって行なわれ、その
圧力は0.5〜0.6atg程度であった。
しかし、事業用規模の燃料電池発電プラントの建設にお
いて、効率面で必要な触媒反廂の行なわれる電池本体内
部の高温高圧化の実現、そのだめの燃料電池発電プラン
トの必要な系統全体の高圧化をプロワからの圧力をもっ
て行なうとすれば、プロワは極めて大型のものが必要と
なる。また、実現しうる高圧力も充分なものに至らない
ため、新たな圧力源と、その制御方法の開発が望まれて
いた。
〔発明の目的〕
本発明は上記の点に鑑み、特に、燃料電池本体内部の高
圧化を実現するため、新たな圧力源を用いた燃料電池制
御システムを提供することを目的 。
とする。
〔発明の概要〕
本発明は新たな圧力源としてターボコンプレッサを用h
1このターボコンプレッサをプロワで起動させ、次にバ
ーナの排ガスによる駆動に切り替え、バーナをプロワが
らの空気で燃焼させ、更にコンプレッサの吐出空気にょ
シパーナを燃焼させる自立運転へと切り替えると同時に
、空気極に高圧を供給し、これらの段階を経てタービン
を加速させ、コンプレッサの吐出圧を徐々に上げてゆく
ようにしたものである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例によるプラントシステム構成
である。
タービン1と結合されたコンプレッサ2(統合してター
ボコンプレッサという)は、1台または複数台であるが
ここでは簡略のため1台とする。
ミキサ3とバーナ4は1体となっており、バーナ4で燃
焼させる燃料はことでは一例として天然ガス(以下、r
NGJと記す)とし、NG供給源5から供給される。こ
のとき、タービン1を起動するために相当の圧力を持っ
た空気の供給源(プロワ)6が必要である。コンプレッ
サ2の吐出空気は燃料電池本体7の空気極に流入するよ
うになっている。コンプレッサの吐出圧検出器8はシス
テム運用上の段階の切り替えの際制御に使用するもので
ある。
他に、ターボコンプレッサを立ち上げ、また空気、 N
G 、その他の流体の流量を調節するために、7ケ所に
パルプ11〜17が設けである。ターゲコンゾレッサ起
動用空気流量調節弁11は、ターボコンプレッサを起動
する際に空気供給源6からの空気の流量を調節するパル
プである。システムの空気極へ流れる空気を逃がすこと
によって空気極の圧力、特に燃料極との空気極の差圧、
即ちシステム差圧を調節するパルプでタービン起動時に
は、空気供給源6から供給され、ターゲコンルッサ起動
用空気流量調節弁11にょシ流量調整されたターボコン
プレッサ起動用空気をミキサ3を通してタービン1に送
る役割りを果している。ターボコンプレッササージ弁1
3けコンブレ、す2の吐出空気を外気へ放出する位置に
あり、これを開くことにより、コンプレッサ2の過大な
吐出圧力を外界へ逃がすことができる。バーナ空気流量
調節弁14けバーナ4におけるNGの燃焼に必要な空気
の量を調節し、バーナNG#f、量調節弁17は、燃焼
するNGの量を調節する。起動時ターどコンプレッサ出
口空気流量調節弁15は、コンプレッサ2の吐出空気を
外界ではな′<、グランドの空気系内に送り込みその流
量を調節することができる。空気極流量調節弁16は、
燃料電池本体の空気極に流入する空気の流量を調節する
働きを持このシステムの運用には3段階あシ、それぞれ
の段階の状態を第2図、第3図、第4図に表わしている
。即ち、第2図がシステム運用上の第1段階「ターはコ
ンプレッサ空気運転」、第3図が第2段階[ターボコン
プレ、す他力運転」、第4図が第2段階からタービコン
ゾレッサ自立への切替えを経た第3段階の[ターボコン
プレ、す自立運転」の状態である。
先ず、第2図のシステム運用上の第1段階「ター?コン
グレッサ空気運転」において、パルプ14.15,16
.17は全閉し、他は何らかの調節あるいは制御が加え
られ相当の開度を持って流体を通過させている。空気供
給源6から供給される空気はパルf11によって流量調
整され、バルブ12を通過し、ミキサ3を通過してター
ビンlを起動する。タービン1によって駆動されるコン
プレッサ2の吐出空気はパルプ13から外気へ放出され
る。
更に、第4図のシステム運用上の第3段階「ターボコン
プレッサ自立運転」において、バルブ11.13は全閉
し、他は何らかの調節あるいは制御が加えられ、相当の
開度を持って流体を通過させている。
第5図は第3図の状態から第4図の状態への切替え、即
ち、ターがコンプレッサ自立への切替えをする際のバル
ブ13と15の制御図(a) 、 (b)と、その動作
説明図(c)を示したものである。図中、Ml。
M2はモード1,2でそれぞれ閉する接点、Pは動作許
可信号、RMPは一定の割合で変化するラング操作信号
を発生させる発生器である。
第3図の状態において、タービン回転数を予め設定しで
ある回転数まで上昇させておく。このとき、第5図の制
御ブロックではモード1になっている。ここで、モード
2に切替えると、バルブ13が徐々に閉まってゆき、第
1図における吐出圧検出器(P113)8の圧力が設定
圧力に達すると、バルブ15が開き始める。パルプ15
が開くことによって吐出圧検出器8の圧力が設定圧力を
下まわると、バルブ15の開方向への動作は、止まるよ
う第5図のような制御がバルブ15には加えられる。す
ると、吐出圧検出器8の圧力は再び上昇し、バルブエ5
が開き始める。こうして、コンプレッサの吐出圧検出器
8をほぼ一定に保ちながら、徐々にバルブ13は全閉、
パルプ15は全開となる。モーP】からモード2への切
替え時点から、バルブ11も徐々に閉じてゆきコンプレ
ッサの吐出空気により、バーナ燃焼を行なう。
こうしてタービン1の自立運転を確立し、バルブ16を
通して燃料電池の空気極に数atgの空気を供給するこ
とを可能にする。空気極への空気流量をバルブ]6で調
整し、その圧力、特に燃料極との差圧をバルブ12へ圧
力を逃がすことによシ調節する。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、圧力源としてりs4コン
プレッサを用い、とれを制御することにより、燃料電池
本体内部の高温高圧化が良好な状態で達成できるように
なる。
【図面の簡単な説明】
Gff I W+ ++4−−*−!u HFI /7
−1 ’f 轄實Ge1 117 a X 8央 fi
 雷i 伶II ainシステムの構成図、第2図は第
1図のシステム運用上の第1段階「ターがコンプレッサ
空気運転」の状態説明図、第3図は第1図のシステム運
用上の第2段階「ターボコンプレッサ他力運転」の状態
説明図、第4図は@1図のシステム運用上の第3段階「
ター列?コンゾレッサ自立運転」の状態説明図、第5図
は第1図のシステム運用上の第2段階「ターボコンプレ
ッサ他力運転」から第3段階「ターボコンプレッサ自立
運転」への切替動作説明図で、(a)はバルブ13の制
御図、(b)はバルブ15の制御(シj、(c)はパル
プ13と15の切替動作説明図である。 1・・・タービン、2・・・コンプレッサ、3・・・ミ
キサ、4・・・バーナ、5・・・NG供給源、6・・・
空気供給源、7・・・燃料電池本体、8・・・コンプレ
ッサ吐出圧検出器、11〜17・・・パルプ。 (7317) 代理人 弁理士 則 近 憲 佑(ほか
1名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃料室、池の空気極に供給する空気圧を制御する燃料電
    池制御システムにおいて、ターボコンプレッサと、それ
    を起動するためのブロワと、前記ターボコンプレッサを
    加速させ吐出圧を上昇させるために必要な燃料ガスを供
    給するバーナと、前記ターボコンプレッサを加速させ吐
    出圧を上昇させる段階的な運転の切替えに必要な切替パ
    ルプと、これらの段階的な運転の切替えをスムースに行
    なわせるだめの制御装置とを備えることを特徴とする燃
    料電池制御システム。
JP58229775A 1983-12-07 1983-12-07 燃料電池制御システム Pending JPS60124361A (ja)

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JP58229775A JPS60124361A (ja) 1983-12-07 1983-12-07 燃料電池制御システム

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JPS60124361A true JPS60124361A (ja) 1985-07-03

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6179856A (ja) * 1984-09-26 1986-04-23 Mitsubishi Electric Corp タ−ボ圧縮機システムの起動方法
US4838020A (en) * 1985-10-24 1989-06-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Turbocompressor system and method for controlling the same
US6171718B1 (en) * 1998-12-28 2001-01-09 International Fuel Cells, Llc Pressurized water recovery system for a fuel cell power plant
US7674539B2 (en) * 2000-10-27 2010-03-09 Xebec Adsorption Inc. Systems and processes for providing hydrogen to fuel cells

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