JPS60262364A - 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
JPS60262364A
JPS60262364A JP59118194A JP11819484A JPS60262364A JP S60262364 A JPS60262364 A JP S60262364A JP 59118194 A JP59118194 A JP 59118194A JP 11819484 A JP11819484 A JP 11819484A JP S60262364 A JPS60262364 A JP S60262364A
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JP
Japan
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valve
air
fuel cell
compressor
pressure
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Pending
Application number
JP59118194A
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English (en)
Inventor
Hiroki Shibukawa
渋川 裕樹
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS60262364A publication Critical patent/JPS60262364A/ja
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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
    • 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
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of 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
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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。

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] 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り出し、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。 ′ 従来の小規模な燃料電池発電においては、電池本体への
酸素の供給は主にブ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
必要な触媒反応の行なわれる電池本体内部の高温高圧化
の実現、そのための燃料電池発電プラントの必要な系統
全体の高圧化をブロワからの圧力をもって行なうとすれ
ば、ブロワは極めて大型のものが必要となる。また、実
現しうる高圧力を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。
そこで、近年新たな圧力・源としてターボコンプレッサ
を用い、このゲーボコンプレッサをプロワて起動させ、
次にバーナの排ガスによる駆動に切り替え、バーナをブ
ロワからの空気で燃焼させ、更にコンプレッサの吐出空
気によりバ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除々に上げ
てゆくようにする方法が提案された。
しかし、現時点においては、ターボコンプレッサの段階
的な運転の切替えり中で最も困難なコンプレッサの吐出
空気によりバーナを燃焼させる自立運転への切替えを、
制御装置からの信号で動作する各種の制御弁の開閉によ
って行なっており、複雑な制御と、困難な制御常数の決
定を強いられ、また、センサ信号の読み込み、監視等周
辺機器も多数必要となるため、新たな制御方法もしくは
システム構成の開発が望まれていた。
[発明の目的] J 本発明は」二記の点に鑑み、特に、燃料電池本体1
 内部の高圧化を実現するため、圧力源としてターボコ
ンプレッサを用いる際に、安定な制御性を備えた燃料電
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] 本発明は圧力源としてターボコンプレッサを用い、この
ターボコンプレッサをブロワで起動させ、次にバーナの
排ガスによる駆動に切り替え、バーナをブロワからの空
気で燃料させ、更にターボコンプレッサの出口側に位置
し、コンプレッサ側を高圧とする予め決定した設定圧力
を超えると開き始める特性を持った逆止弁を動作させる
ことをもって、コンプレッサの吐出空気によりバーナを
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除々に上げてゆくようにした
ものである。
[発明の実施例コ 第1図は本発明の一実施例によるプラン]−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とバーナは1
体となっており、バーナ4で燃料させる燃料はこζでは
一例として天然ガス(以下、rNGJと記す)とし、N
G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(ブロワ
)6が必要となる。
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。
他に、ターボコンプレッサを立ち」二げ、また空気、N
G、その他の流体の流量を調整するために、7/y所に
バルブ11〜17が設けである。ターボコンプレッサ起
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からの空気の雨量を調節するバル
ブである。システム差圧調節弁12は、タービンの自立
後、燃料電池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
ステム差圧を調整するバルブでタービン起動時には、空
気供給源6から供給され、ターボコンプレッサ起動用空
気流量調節弁11により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13は
コンプレッサ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。バーナ空気流量調整弁14はバーナ4における
NGの燃焼に必要な空気の量を調整し、バーナNGの燃
焼に必要な空気の量を調整し、バーナ空気流量調整弁1
7は、燃焼するNGの量を調整する。
ターボコンプレッサ自立切替え用逆止弁15は、システ
ム運用上の段階的な切替えのひとつであるターボコンプ
レッサ自立切替えの際にコンプレッサ側を高圧とする予
め決定した設定圧力を超えると開き始めることによりタ
ーボコンプレッサ自立切替えをスフ1−スに行なう。空
気極□流量調節弁16は、燃料電池本体の嫡気極に流入
する空気の流量を調節する動きを持っている。
このシステムの運用には3段階あり、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「夕一ボコンプレッ
サ空気運転」、第3図が第2段階「ターボコンプレッサ
他力運転」、第4図が第2段階からターボコンプレッサ
自立への切替えを経た第3段階の[ターボコンプレッサ
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rターボコン
プレッサ空気運転)において、バルブ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
らり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バルブ11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1を起動する。タービンlによって駆動されるコン
プレッサ2の゛吐出空気はバルブ13から外気へ放出さ
れる。
次に、第3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)において、バルブ15.16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。
バーナ4に空気供給源6から供給される空気がパル’f
’ 211 &、:、よ、ア1...□−5ゎ、21,
2ッ14ti−mJL、流入し、NG供給源5から供給
され、バルブ17によって流量調整されたNGを燃焼さ
せる。その燃焼ガスはミキサ3を通過してタービン】を
加速させる。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、バルブ13より外気へ放出される。
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、ターボコンプレッサ自立への切替えをする際のバル
ブ13の制御図(a)と、バルブ13と逆・止弁15の
動作説明図(b)を示したものである。図中、Ml、M
2はモード1,2でそれぞれ閉する接点、RMPは一定
の割合で変化するランプ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になってしする。ここで、モー
ド2に切替えると、ノベルブ13力へ除々に閉まってゆ
き、逆止弁15の前後差圧が設定圧力に達すると、逆止
弁15が開き始める。逆止弁15が開くことによって逆
止弁5の前後差圧が設定圧力を下まわると、逆止弁15
の開方向への動作は止まり、わずかに閉方向へ動く特性
が逆止弁15には与え6Jtている。すると、逆止弁1
5の前後差圧は再び上昇し、逆止弁15が開き始める。
こうして、逆止弁15の前後差圧をほぼ一定に保ちなが
ら、除々にバルブ13は全閉、逆止弁15は全開となる
。モート1からモード2への切替え時点から、バルブ1
1も除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16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り調整する。
第6図は、ターボコンプレッサ自立への切替えに逆止弁
を使用しない従来のプラントシステム構成である。逆止
弁15のかわりにバルブ18を使用し、その制御に使用
するコンプレッサ吐出圧検出器8が必要である。
第7図は第6図のシステム運用におけるターボコンプレ
ッサ自立への切替をする際のバルブ13と18の制御の
一例を表わした制御図(a) 、 (b)と、その1作
説明図(c)を示したものである6(b)は第5図の(
a)と同じであり、(C)は第5図の(b)とほとんど
同様の動作を表わしているが、バルブ18を動作させる
ための制御ブロックとセンサ入力P113とバルブ18
の開度指令出力が必要となり、これを示したものが(a
)である。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、圧力源としてターボコン
プレッサを用い、その自立切替え時に逆止弁を使用した
ために、制御弁を浦いた場合に比べて容易な制御により
、燃料電池本体内部の高温高圧化が良好な状態で達成で
きるようになり、また。
制御装置ひいてはセンサ信号入力等も削減できるため、
価格の低減も図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る燃料電池制御システム
の構成図、第2図は第1図のシステム運用上の第1段階
[ターボ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図は第1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」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13
と15の切替動作説明図、第6図は第1図のシステムに
おいて逆止弁を使用せず制御弁を使用した場合の燃料電
池制御システムの構成図、第7図は第6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18の制御図、(b)はバルブ1
3の(:、) □、□1.。)9よ7、/lz7”13
□taoヨ□□エアある。 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、11〜18・・・バルブ(但し、1
5は逆止弁である)。 (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. 燃料電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
    速し、吐出圧を上昇させる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し、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バルブと
    、前記ターボコンプレッサの出口側に位置し、予め決定
    した設定圧力を超えると開き始める特性を持った逆止弁
    と、これらの段階的な運転の切替えをスムースに行なわ
    せるた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。
JP59118194A 1984-06-11 1984-06-11 燃料電池制御システム Pending JPS60262364A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59118194A JPS60262364A (ja) 1984-06-11 1984-06-11 燃料電池制御システム

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JP59118194A JPS60262364A (ja) 1984-06-11 1984-06-11 燃料電池制御システム

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JPS60262364A true JPS60262364A (ja) 1985-12-25

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JP59118194A Pending JPS60262364A (ja) 1984-06-11 1984-06-11 燃料電池制御システム

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4838020A (en) * 1985-10-24 1989-06-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Turbocompressor system and method for controlling the same
US6007930A (en) * 1998-05-06 1999-12-28 Ford Global Technologies, Inc. Method for initiating a fuel cell
AT407316B (de) * 1999-03-23 2001-02-26 Vaillant Gmbh Verdichtersteuerung für eine brennstoffzellenanordnung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4838020A (en) * 1985-10-24 1989-06-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Turbocompressor system and method for controlling the same
US6007930A (en) * 1998-05-06 1999-12-28 Ford Global Technologies, Inc. Method for initiating a fuel cell
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