JPS60207255A - 燃料電池制御システム - Google Patents
燃料電池制御システムInfo
- Publication number
- JPS60207255A JPS60207255A JP59062936A JP6293684A JPS60207255A JP S60207255 A JPS60207255 A JP S60207255A JP 59062936 A JP59062936 A JP 59062936A JP 6293684 A JP6293684 A JP 6293684A JP S60207255 A JPS60207255 A JP S60207255A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- flow rate
- amount
- fuel cell
- 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
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野
この発明は、電解質を挟持する一方の電極に反応カスと
しての水素を、他方の電極に反応ガスとしての酸素を供
給してなる燃料電池の制御システムに関する。
しての水素を、他方の電極に反応ガスとしての酸素を供
給してなる燃料電池の制御システムに関する。
衆知のようにこの種の燃料電池は、天然ガス等を改質し
て得られた水素および二酸化炭素を燃料極に供給し、フ
ィルタを通した大気中の空気を酸化剤電極に供給してい
る。燃料電池本体では、電解質が含浸されたマトリ、ク
スが前記燃料極および酸化剤極の両電極に挟持されてお
り、電極に形成される主相界面で酸化、還元反応を生じ
させることにより、電気エネルギーを発生させている。
て得られた水素および二酸化炭素を燃料極に供給し、フ
ィルタを通した大気中の空気を酸化剤電極に供給してい
る。燃料電池本体では、電解質が含浸されたマトリ、ク
スが前記燃料極および酸化剤極の両電極に挟持されてお
り、電極に形成される主相界面で酸化、還元反応を生じ
させることにより、電気エネルギーを発生させている。
第１図はこのような燃料電池の制御システムを示すもの
であり、燃料電池本体１は、燃料電惨２と酸化剤電極３
に挾まれたマトリ、クス４と、電極２，３のマトリ、ク
ス４と反対側にそれぞれ画成された燃料室５と酸化剤室
６とから構成されている。
であり、燃料電池本体１は、燃料電惨２と酸化剤電極３
に挾まれたマトリ、クス４と、電極２，３のマトリ、ク
ス４と反対側にそれぞれ画成された燃料室５と酸化剤室
６とから構成されている。
燃料室５には、燃−料改質器ｌＯより燃料入口調整弁３
１が設けられた燃料供給管４１を介して水素や二酸化炭
素を含む改質ガスが供給され、酸化剤室６には、突気供
給器加より酸化剤入口調整弁３２が設けられた酸化剤供
給管４２を介・して空気が供給されている。燃料罠５よ
り排出された改質ガスは、焔斜出口′ｆＡを弁３３が設
けられた燃料排出管４３を介して改５１ Ｋ４バーナ（
資）に供給され、酸化剤室６より排出された空気は、酸
化剤出口、調整弁あが設けられた酸化剤排出管４４を介
して改質器バーナ圓に供給される。改質器バーナ父に供
給された改質ガス中の水素と空気中の酸素は、燃料改質
器１０の昇温のために燃焼する。
１が設けられた燃料供給管４１を介して水素や二酸化炭
素を含む改質ガスが供給され、酸化剤室６には、突気供
給器加より酸化剤入口調整弁３２が設けられた酸化剤供
給管４２を介・して空気が供給されている。燃料罠５よ
り排出された改質ガスは、焔斜出口′ｆＡを弁３３が設
けられた燃料排出管４３を介して改５１ Ｋ４バーナ（
資）に供給され、酸化剤室６より排出された空気は、酸
化剤出口、調整弁あが設けられた酸化剤排出管４４を介
して改質器バーナ圓に供給される。改質器バーナ父に供
給された改質ガス中の水素と空気中の酸素は、燃料改質
器１０の昇温のために燃焼する。
このシステムにおける従来の運転制御は、改質ガスおよ
び空気を、装置の仕様である設定値に合うように制御し
て供給し、その設定値に合ったならガス組成も当初考え
た許容値内であると判断する方式である。
び空気を、装置の仕様である設定値に合うように制御し
て供給し、その設定値に合ったならガス組成も当初考え
た許容値内であると判断する方式である。
そして、燃料供給管４１より分枝して設けられた燃料入
口サンプリング管４５と、燃料排出管４３より分枝して
設けられた燃料出口サンプリング管４６より、ガス分析
用のサンプリングガスを定期的に採集して分析を行ない
、ガス組成とその濃度を測定し、その結果により運転制
御の設定値を変化させている。
口サンプリング管４５と、燃料排出管４３より分枝して
設けられた燃料出口サンプリング管４６より、ガス分析
用のサンプリングガスを定期的に採集して分析を行ない
、ガス組成とその濃度を測定し、その結果により運転制
御の設定値を変化させている。
ところが、定期的に測定された結果にもとずき、その設
定値を変える従来の運転制御では、負荷が変動した場合
の負荷電流の増減に対して、ガス供給量を制御する制御
弁が動作するまでに時間がかかり、特に負荷が増加した
場合には反応に必要なガス量に追従できず、ガス欠状態
が発生する。このようなガス欠状態となると、三相界面
における反応が不可能となり出力電圧が低下するととも
に、大きな差圧が機械的に弱いマトリ、クスに加わり、
最悪の場合にはマトリ、クスを破損する處れがある。し
たがって、燃料電池発電システムにおいては、負荷の変
動に追従してすみやかにガス供給量が制御できるシステ
ムが要望されていた。
定値を変える従来の運転制御では、負荷が変動した場合
の負荷電流の増減に対して、ガス供給量を制御する制御
弁が動作するまでに時間がかかり、特に負荷が増加した
場合には反応に必要なガス量に追従できず、ガス欠状態
が発生する。このようなガス欠状態となると、三相界面
における反応が不可能となり出力電圧が低下するととも
に、大きな差圧が機械的に弱いマトリ、クスに加わり、
最悪の場合にはマトリ、クスを破損する處れがある。し
たがって、燃料電池発電システムにおいては、負荷の変
動に追従してすみやかにガス供給量が制御できるシステ
ムが要望されていた。
本願発明は、このような従来技術の要求に鑑みなされた
ものであり、反応ガスの供給量の過剰。
ものであり、反応ガスの供給量の過剰。
不足を常時検出して、すみやかに対処できる制御システ
ムを提供することを目的とする。
ムを提供することを目的とする。
この目的を達成するためず本願発明者は種々検討した結
果、燃料電池より排出される燃料ガス中に含まれる水素
の濃度、あるいは燃料電池より排出される空気中に含ま
れる酸素の濃度を検出することにより、燃料極あるいは
酸化剤極に供給される反応ガスの過剰、不足が判定され
ることを見い出した。
果、燃料電池より排出される燃料ガス中に含まれる水素
の濃度、あるいは燃料電池より排出される空気中に含ま
れる酸素の濃度を検出することにより、燃料極あるいは
酸化剤極に供給される反応ガスの過剰、不足が判定され
ることを見い出した。
したがって、上記の目的は本願発明によれば、燃料電池
の反応ガス供給ラインに設けられ、ガス供給量を制御す
る流量調整弁と、燃料電池のガス排出ラインに設けられ
、反応ガス濃度を検出する濃度検出器と、ガス排出ライ
ンの濃度検出器の信号から供給する反応ガス量の目標値
信号を演算する演算器と、この演算した反応ガス量の目
標信号に基づき、前記流量調整弁を制御する流量調整器
とを有することにより達成される。
の反応ガス供給ラインに設けられ、ガス供給量を制御す
る流量調整弁と、燃料電池のガス排出ラインに設けられ
、反応ガス濃度を検出する濃度検出器と、ガス排出ライ
ンの濃度検出器の信号から供給する反応ガス量の目標値
信号を演算する演算器と、この演算した反応ガス量の目
標信号に基づき、前記流量調整弁を制御する流量調整器
とを有することにより達成される。
第２図は本願発明の一実施例を示すものであり、第１図
と同じ構成のものには同一符号を付している。この実施
例において、従来の制御システムと大きく異なる点は、
燃料排出管４３に改質制御器７１と電気的に接続された
水素濃度検出器６１を設けていることである。
と同じ構成のものには同一符号を付している。この実施
例において、従来の制御システムと大きく異なる点は、
燃料排出管４３に改質制御器７１と電気的に接続された
水素濃度検出器６１を設けていることである。
いま、改質制御器７１の制御信号により溶料改質器１０
を作動すると、天然ガスは水素と二酸化炭素の２種類の
主成分ガスに改質され、流ｔ１１１ｍ弁３１で流量制御
されながら燃料室５に供給される。一方、燃料室５より
排出されたガスは、燃料濃度検出器６１により逐次その
水素濃度が検出される。この検出値は改質制御器７１の
演算器にフィードバックされ、ここで電池の反応に最適
なガス供給量が演算される。そして、改質制御器７１に
組み込まれた流量制御器は、この演算値に基づき流量制
御弁３１を制御し、燃料供給量を調整する。
を作動すると、天然ガスは水素と二酸化炭素の２種類の
主成分ガスに改質され、流ｔ１１１ｍ弁３１で流量制御
されながら燃料室５に供給される。一方、燃料室５より
排出されたガスは、燃料濃度検出器６１により逐次その
水素濃度が検出される。この検出値は改質制御器７１の
演算器にフィードバックされ、ここで電池の反応に最適
なガス供給量が演算される。そして、改質制御器７１に
組み込まれた流量制御器は、この演算値に基づき流量制
御弁３１を制御し、燃料供給量を調整する。
このような制御システムによれば、電池のガス供給量を
常に監視することができるため、ガス欠状態の発生を抑
制することができる。また、＠電による電流と水素の供
給量は比例するため、電流を検出することなく最も効率
のよい流量制御が実施できる。
常に監視することができるため、ガス欠状態の発生を抑
制することができる。また、＠電による電流と水素の供
給量は比例するため、電流を検出することなく最も効率
のよい流量制御が実施できる。
なお、上記実施例では燃料′ガス側の、水−素濃度を検
出する場合について述べたが、酸化剤、ガス側の酸素濃
度を検出してもよい。すなわち、酸化剤ガス排出管４４
に酸系濃度検出器６２を設けて、酸化剤室６より排出さ
れる空気中の酸素濃度を検出することにより、三相界面
反応に十分な酸素供給量を流量制御弁３２により制御す
ることができる。
出する場合について述べたが、酸化剤、ガス側の酸素濃
度を検出してもよい。すなわち、酸化剤ガス排出管４４
に酸系濃度検出器６２を設けて、酸化剤室６より排出さ
れる空気中の酸素濃度を検出することにより、三相界面
反応に十分な酸素供給量を流量制御弁３２により制御す
ることができる。
従来では、燃料電池に供給される酸素の濃度は出力電圧
の向上にあまり影響を与えないと考えられていたが、本
発明者が実測したところによると、従来の酸化剤ガス供
給システムでは、電池の運転とともに酸素濃度が低下す
ることが確認され、酸化剤ガスの酸素濃度の維持するこ
とも、電池の出力と寿命を伸ばす上で必要であることが
認められた。
の向上にあまり影響を与えないと考えられていたが、本
発明者が実測したところによると、従来の酸化剤ガス供
給システムでは、電池の運転とともに酸素濃度が低下す
ることが確認され、酸化剤ガスの酸素濃度の維持するこ
とも、電池の出力と寿命を伸ばす上で必要であることが
認められた。
以上の説明から明らかなように本願発明によれば、燃料
電池より排出されるガス濃度を検出して、この検出値に
基づきガス供給量を制御するようにしたため、発電電流
に対して常に最適なガス供給量を制御することができ、
電池内部におけるガス欠現象を抑制することができる。
電池より排出されるガス濃度を検出して、この検出値に
基づきガス供給量を制御するようにしたため、発電電流
に対して常に最適なガス供給量を制御することができ、
電池内部におけるガス欠現象を抑制することができる。
第１図は従来の燃料電池制御システムを示す構成図、第
２図は本発明の燃料電池制御システムの一実施例を示す
構成図である。 ｌ・・・燃料電池本体、２・・・燃料極、３・・・酸化
剤極、１０・・・燃料改質器、３１．３２・・・入口調
整弁、４１．４２・・・供給管、４３．４４・・・排出
管、６１．６２・・・濃度検出器、７１・・・改質制御
器、７２・・・空気制御器。 ２、ζ 、 、 ７．１ （す人弁こ± 山 口 町Ｊ宏
２図は本発明の燃料電池制御システムの一実施例を示す
構成図である。 ｌ・・・燃料電池本体、２・・・燃料極、３・・・酸化
剤極、１０・・・燃料改質器、３１．３２・・・入口調
整弁、４１．４２・・・供給管、４３．４４・・・排出
管、６１．６２・・・濃度検出器、７１・・・改質制御
器、７２・・・空気制御器。 ２、ζ 、 、 ７．１ （す人弁こ± 山 口 町Ｊ宏
Claims (1)
- 電極間に電解質を挟持してなる燃料電池本体と、前記電
極に反応ガスを給排するガス供給ラインおよびガス排出
ラインと、当該ガス供給ラインのガス供給量を制御する
流量調整弁と、ガス排出ラインの反応ガス濃度を検出す
る濃度検出器と、ガス排出ラインの濃度検出器の信号か
ら供給する反応ガス量の目標値信号を演算する演算器と
、この演算した反応ガス量の目標信号に基づき前記流量
調整弁を制御する流量制御器とを備えたことを特徴とす
る燃料電池制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59062936A JPS60207255A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 燃料電池制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59062936A JPS60207255A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 燃料電池制御システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60207255A true JPS60207255A (ja) | 1985-10-18 |
Family
ID=13214677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59062936A Pending JPS60207255A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 燃料電池制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60207255A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05205762A (ja) * | 1992-01-23 | 1993-08-13 | Fuji Electric Co Ltd | 単位燃料電池の特性評価装置 |
| US6569552B2 (en) | 2000-02-17 | 2003-05-27 | Denso Corporation | Fuel cell system including fuel cell for generating electric energy by chemical reaction between hydrogen and oxygen |
| KR100671680B1 (ko) * | 2005-06-24 | 2007-01-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 미반응 연료를 회수하는 연료전지 시스템 |
| US7358002B2 (en) * | 2002-10-17 | 2008-04-15 | Honda Motor Co., Ltd. | Exhaust gas processing device for fuel cell |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59062936A patent/JPS60207255A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05205762A (ja) * | 1992-01-23 | 1993-08-13 | Fuji Electric Co Ltd | 単位燃料電池の特性評価装置 |
| US6569552B2 (en) | 2000-02-17 | 2003-05-27 | Denso Corporation | Fuel cell system including fuel cell for generating electric energy by chemical reaction between hydrogen and oxygen |
| US7358002B2 (en) * | 2002-10-17 | 2008-04-15 | Honda Motor Co., Ltd. | Exhaust gas processing device for fuel cell |
| KR100671680B1 (ko) * | 2005-06-24 | 2007-01-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 미반응 연료를 회수하는 연료전지 시스템 |
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