JPS61101969A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
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- JPS61101969A JPS61101969A JP59221927A JP22192784A JPS61101969A JP S61101969 A JPS61101969 A JP S61101969A JP 59221927 A JP59221927 A JP 59221927A JP 22192784 A JP22192784 A JP 22192784A JP S61101969 A JPS61101969 A JP S61101969A
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- Japan
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- exhaust gas
- reformer
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- 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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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】
［発明の技術分野］
本発明は燃料電池本体の水素極排ガスを有効に活用する
ための燃料電池装置に関する。
ための燃料電池装置に関する。
［発明の技術的背景］
電力の発生は、従来、タービン発電機を用いることが最
も都合の良い方法とされてきたが、この場合には燃料エ
ネルギーから熱エネルギーに、熱エネルギーから蒸気エ
ネルギーに、更に蒸気エネルギーから電気エネルギーに
変換しなければならず効率面で不利なことから、最近は
、゛燃料を化学的に変化させて直接電気エネルギーを取
り出す燃料電池発電方式が省エネルギー発電の一つとし
て注目されてきている。
も都合の良い方法とされてきたが、この場合には燃料エ
ネルギーから熱エネルギーに、熱エネルギーから蒸気エ
ネルギーに、更に蒸気エネルギーから電気エネルギーに
変換しなければならず効率面で不利なことから、最近は
、゛燃料を化学的に変化させて直接電気エネルギーを取
り出す燃料電池発電方式が省エネルギー発電の一つとし
て注目されてきている。
この燃料電池発電プラント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。
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。
［背景技術の問題点］
この燃料電池発電プラントにおいては、プラント全体の
エネルギー効率を考えて、電池本体水素極から生じる排
ガスを改質器へ導びき燃焼させているが、改質器により
精製される改質燃料には、かなりの量のメタンが改質さ
れずに含まれる。一方、電池本体の水素極においては、
水素は電池の発電出力に応じた量が消費されるが、メタ
ンは全く消費されない、従って、改質器に導びかれる電
池本体水素極排ガスの組成つまり水素とメタンの比率が
電池出力の変化に応じて変動する。この結果、電池本体
水素極排ガスの組成の変動から、燃焼空気量の過多のた
め改質器水素バーナが吹き消 （される形で失
火したり、逆に燃焼空気量の不足から不完全燃焼を引き
起し、安定燃焼が期待できず。
エネルギー効率を考えて、電池本体水素極から生じる排
ガスを改質器へ導びき燃焼させているが、改質器により
精製される改質燃料には、かなりの量のメタンが改質さ
れずに含まれる。一方、電池本体の水素極においては、
水素は電池の発電出力に応じた量が消費されるが、メタ
ンは全く消費されない、従って、改質器に導びかれる電
池本体水素極排ガスの組成つまり水素とメタンの比率が
電池出力の変化に応じて変動する。この結果、電池本体
水素極排ガスの組成の変動から、燃焼空気量の過多のた
め改質器水素バーナが吹き消 （される形で失
火したり、逆に燃焼空気量の不足から不完全燃焼を引き
起し、安定燃焼が期待できず。
改質燃料の質、更には電池の発生電力にまでに影響を及
ぼす問題点があった。
ぼす問題点があった。
［発明の目的］
本発明は上記従来技術の問題点を解消して、電池本体水
素極排ガスを改質器で安定に燃焼させることのできる燃
料電池装置を提供することを目的とする。
素極排ガスを改質器で安定に燃焼させることのできる燃
料電池装置を提供することを目的とする。
［発明の概要コ
このため本発明では、燃料電池から取り出す電流出力を
増やすと、水素極における水素の消費が増え、水素極排
ガス中のメタンの比率が上がることに着目し、電池の出
力電流を計測して、電池本体水素極排ガスの燃料空気量
の制御のための制御信号として使用することを第１の特
徴とし、また、電池本体水素極排ガス中のメタンの比率
が上がった場合、メタンの比率の大きい混合ガスの燃焼
には、より多くの酸素を必要とするため、改質器燃焼室
排ガスの酸素濃度が下がることに着目し、改質器燃焼室
排ガスの酸素濃度を計測して、電池本体水素極排ガスの
燃焼空気量の制御のための制御信号として使用するよう
にしたことを特徴とじている。
増やすと、水素極における水素の消費が増え、水素極排
ガス中のメタンの比率が上がることに着目し、電池の出
力電流を計測して、電池本体水素極排ガスの燃料空気量
の制御のための制御信号として使用することを第１の特
徴とし、また、電池本体水素極排ガス中のメタンの比率
が上がった場合、メタンの比率の大きい混合ガスの燃焼
には、より多くの酸素を必要とするため、改質器燃焼室
排ガスの酸素濃度が下がることに着目し、改質器燃焼室
排ガスの酸素濃度を計測して、電池本体水素極排ガスの
燃焼空気量の制御のための制御信号として使用するよう
にしたことを特徴とじている。
［発明の実施例］
第１図は本発明の一実施例に係る燃料電池装置のブロッ
ク図を示したものである。燃料電池は大きく分けて燃料
電池本体ｌと改質器２より成る。
ク図を示したものである。燃料電池は大きく分けて燃料
電池本体ｌと改質器２より成る。
この燃料電池本体１の水素極３には改質器２で改質され
た一定量または計画量の改質燃料ａが導入される。一方
、この水素極３に電解液を挟んで設置される図示せぬ酸
素極には希望出力に応じた空気が導入される。これによ
り１発生する電力すは系統へ出力される。また、このと
き水素極３から出る排ガスＣは改質器２の水素バーナ４
に供給され燃焼する。
た一定量または計画量の改質燃料ａが導入される。一方
、この水素極３に電解液を挟んで設置される図示せぬ酸
素極には希望出力に応じた空気が導入される。これによ
り１発生する電力すは系統へ出力される。また、このと
き水素極３から出る排ガスＣは改質器２の水素バーナ４
に供給され燃焼する。
改質器２は原燃料ｄを触媒反応により水素含有率の高い
改質燃料ａに変える装置で、触媒反応を助ける熱源とし
て水素バーナ４の他に原燃料ｄを燃料させるバーナ５が
設けられる。原熱料ｄとしては、ここでは−例として天
然ガス（以下、ＮＧと略す）を用い、改質器２にはＮＧ
供給源６からＮＧ−ｄが供給される。この改質器２に配
置されるバーナ４，５の燃焼を助けるためバーナ７．８
が設けられ、そこに空気供給源９よの燃焼空気が供給さ
れる。
改質燃料ａに変える装置で、触媒反応を助ける熱源とし
て水素バーナ４の他に原燃料ｄを燃料させるバーナ５が
設けられる。原熱料ｄとしては、ここでは−例として天
然ガス（以下、ＮＧと略す）を用い、改質器２にはＮＧ
供給源６からＮＧ−ｄが供給される。この改質器２に配
置されるバーナ４，５の燃焼を助けるためバーナ７．８
が設けられ、そこに空気供給源９よの燃焼空気が供給さ
れる。
前述したように、燃料電池本体１の水素極３から水素バ
ーナ４に供給される排ガスＣの組成は、電力すの出力状
態に応じて変動する。そこで、この実施例では、排ガス
Ｃの組成変動に合せてバーナ７に供給する燃焼空気量を
制御するため、燃料電池本体ｌの出力電流を検出する電
流検出器１０と、バーナ７への空気流量を調整するバル
ブ１１と、空気流量検出器１２と、電流検出器１０およ
び空気流量検出器１２からの信号を入力してバルブ１１
の開度を調節する空気流量制御装置！ｔ１３とが設けら
れている。
ーナ４に供給される排ガスＣの組成は、電力すの出力状
態に応じて変動する。そこで、この実施例では、排ガス
Ｃの組成変動に合せてバーナ７に供給する燃焼空気量を
制御するため、燃料電池本体ｌの出力電流を検出する電
流検出器１０と、バーナ７への空気流量を調整するバル
ブ１１と、空気流量検出器１２と、電流検出器１０およ
び空気流量検出器１２からの信号を入力してバルブ１１
の開度を調節する空気流量制御装置！ｔ１３とが設けら
れている。
その空気流量制御装置１３は、燃料電池本体１の出力電
流を検出する電流検出器１０からの信号を水素バーナ４
での排ガス燃焼に必要な空気流量に換算する関数発生器
１４と、その出力と空気流量検出器１２の出力との偏差
を演算する演算器１５と、 ＰＩＤ制御器１６とから構
成される。
流を検出する電流検出器１０からの信号を水素バーナ４
での排ガス燃焼に必要な空気流量に換算する関数発生器
１４と、その出力と空気流量検出器１２の出力との偏差
を演算する演算器１５と、 ＰＩＤ制御器１６とから構
成される。
以上の構成で、プラント起動時の改質器２が充分な量の
改質燃料ａを精製するに至るまでは、触媒反応の熱源と
してＮＧ供給ｇ６からバーナ５にＮＧ−ｄを供給し、空
気供給源９からバーナ８に供給される空気と混合して燃
焼させる。これにより改質器２内のＮＧ−ｄの通過する
触媒反応経路が加熱されて、ＮＧ−ｄは水素含有量の高
い改質燃料ａに改質される。この改質燃料ａが燃料電池
本体ｌの水素極３に供給されて一部が電力すの発生のた
め消費されて残りが排ガスＣとして改質器２の水素バー
ナ４に供給されるようになったとき、燃焼バーナをＮＧ
バーナ５から水素バーナ４に切り換える。
改質燃料ａを精製するに至るまでは、触媒反応の熱源と
してＮＧ供給ｇ６からバーナ５にＮＧ−ｄを供給し、空
気供給源９からバーナ８に供給される空気と混合して燃
焼させる。これにより改質器２内のＮＧ−ｄの通過する
触媒反応経路が加熱されて、ＮＧ−ｄは水素含有量の高
い改質燃料ａに改質される。この改質燃料ａが燃料電池
本体ｌの水素極３に供給されて一部が電力すの発生のた
め消費されて残りが排ガスＣとして改質器２の水素バー
ナ４に供給されるようになったとき、燃焼バーナをＮＧ
バーナ５から水素バーナ４に切り換える。
しかし、この水素バーナ４に供給される排ガスＣの水素
含有率は電力すの発生量に応じて変化する。
含有率は電力すの発生量に応じて変化する。
そこで、燃料電池本体１の出力電流量を電流検出器１０
で検出し、対応する排ガスＣの燃焼に必要な燃焼空気流
量に関数発生器１４で変換する。更に、この空気流量分
の空気が実際にバーナ７へ供給されるように、演算器１
５で関数発生器１４の出力と空 （気流量
検出器１２から得られる実流量との偏差を算出し、それ
を基にＰＩＤ制御器１ＧでＰＩＤ補償演算を行なって、
その出力でバルブ１１を開閉する。
で検出し、対応する排ガスＣの燃焼に必要な燃焼空気流
量に関数発生器１４で変換する。更に、この空気流量分
の空気が実際にバーナ７へ供給されるように、演算器１
５で関数発生器１４の出力と空 （気流量
検出器１２から得られる実流量との偏差を算出し、それ
を基にＰＩＤ制御器１ＧでＰＩＤ補償演算を行なって、
その出力でバルブ１１を開閉する。
これにより、バーナ７には常に水素バーナ４に供給され
る排ガスＣの水素とメタンの比率に見合った量の空気が
供給されて、水素バーナ４の安定燃焼が行なわれる。
る排ガスＣの水素とメタンの比率に見合った量の空気が
供給されて、水素バーナ４の安定燃焼が行なわれる。
ところで、上記実施例は燃料電池本体ｌの出力電流に応
じてバーナ７への供給空気流量を制御することにより水
素バーナ４で排ガスＣを安定燃焼させるようにしたもの
であるが、改質器２の燃焼排ガスｅ中の酸素濃度を見る
ことによっても、水素バーナ４の燃焼状態を判断するこ
とができる。
じてバーナ７への供給空気流量を制御することにより水
素バーナ４で排ガスＣを安定燃焼させるようにしたもの
であるが、改質器２の燃焼排ガスｅ中の酸素濃度を見る
ことによっても、水素バーナ４の燃焼状態を判断するこ
とができる。
第２図はこの燃焼排ガスｅ中の酸素濃度を加味して燃焼
空気流量制御を行なう本発明の他の実施例を示したもの
である。図中、第１図と同一符号は同一または相当部分
を示し、異なる点は、酸素濃度設定器２０と、ａ素濃度
検出器２１と、これらの出力偏差を演算する演算器２２
と、その出力をＰＩＤ補償演算して演算器１５に出力す
るＰＩＤ制御器２３とを設けた点である。
空気流量制御を行なう本発明の他の実施例を示したもの
である。図中、第１図と同一符号は同一または相当部分
を示し、異なる点は、酸素濃度設定器２０と、ａ素濃度
検出器２１と、これらの出力偏差を演算する演算器２２
と、その出力をＰＩＤ補償演算して演算器１５に出力す
るＰＩＤ制御器２３とを設けた点である。
この構成で、改質器２からの燃焼排ガスｅ中の酸素濃度
が酸素濃度設定器２０の設定濃度に等しくなるように、
偏差信号をＰＩＤ演算し、第１図で説明した制御の補正
信号として演算器１５に加える。
が酸素濃度設定器２０の設定濃度に等しくなるように、
偏差信号をＰＩＤ演算し、第１図で説明した制御の補正
信号として演算器１５に加える。
この結果、改質器２の水素バーナ４に排出される排ガス
Ｃの量や空燃比が変化し、改質器２の燃焼排ガスｅ中の
酸素濃度が変化すると、この変化に応じた補正信号が演
算器１５に加わる。この補正信号の加わった演算器１５
の出力をＰＩＤ制御器１６に与え、その出力でバルブ１
１を開閉制御し、燃焼空気流量を増減することにより、
よりきめ細かく適切な量の燃焼空気量がバーナ７へ供給
されるようになる。
Ｃの量や空燃比が変化し、改質器２の燃焼排ガスｅ中の
酸素濃度が変化すると、この変化に応じた補正信号が演
算器１５に加わる。この補正信号の加わった演算器１５
の出力をＰＩＤ制御器１６に与え、その出力でバルブ１
１を開閉制御し、燃焼空気流量を増減することにより、
よりきめ細かく適切な量の燃焼空気量がバーナ７へ供給
されるようになる。
尚、上記第２図に示した実施例では、燃料電池本体１の
出力電流量と、燃焼排ガスｅ中の酸素濃度の両方の値に
応じてバルブ１１の開度を調節し、燃焼空気量を制御す
るようにしたが、電流検出器１０゜空気流量検出器１２
．関数発生器１４．ＰＩＤ制御器１６を削除してＰＩＤ
制御器２３の出力で直接バルブ１１の開度を調節するこ
とにより、燃焼排ガスｅ中の酸素濃度のみに応じて燃焼
空気流量を制御するようにしてもよい。
出力電流量と、燃焼排ガスｅ中の酸素濃度の両方の値に
応じてバルブ１１の開度を調節し、燃焼空気量を制御す
るようにしたが、電流検出器１０゜空気流量検出器１２
．関数発生器１４．ＰＩＤ制御器１６を削除してＰＩＤ
制御器２３の出力で直接バルブ１１の開度を調節するこ
とにより、燃焼排ガスｅ中の酸素濃度のみに応じて燃焼
空気流量を制御するようにしてもよい。
［発明の効果コ
以上のように本発明によれば、水素含有率の変動する燃
料電池本体水素極からの排ガスをその組成の変動にも拘
わらず改質器で常に安定して燃焼させることができ、エ
ネルギー利用効率の高い燃料電池システムが得られるよ
うになる。
料電池本体水素極からの排ガスをその組成の変動にも拘
わらず改質器で常に安定して燃焼させることができ、エ
ネルギー利用効率の高い燃料電池システムが得られるよ
うになる。
第１図は本発明の一実施例に係る燃料電池制御装置のブ
ロック図、第２図は本発明の他の実傭例に係る燃料電池
制御装置のブロック図である。 １・・・燃料電池本体、２・・・改質器、３・・・水素
極、４・・・水素バーナ、 ５，７．８・・・バーナ、
６・・・ＮＧ供給源、９・・・空気供給源、１０・・・
電流検出器。 １１・・・バルブ、 １２・・・空気流量検出器、１３
・・・空気流量制御装置、１４・・・関数発生器、１５
．２２・・・演算器、１６．２３・・・ＰＩＤ制御器、
２０・・・酸素濃度設定器、２１・・・酸素濃度検出器
。
ロック図、第２図は本発明の他の実傭例に係る燃料電池
制御装置のブロック図である。 １・・・燃料電池本体、２・・・改質器、３・・・水素
極、４・・・水素バーナ、 ５，７．８・・・バーナ、
６・・・ＮＧ供給源、９・・・空気供給源、１０・・・
電流検出器。 １１・・・バルブ、 １２・・・空気流量検出器、１３
・・・空気流量制御装置、１４・・・関数発生器、１５
．２２・・・演算器、１６．２３・・・ＰＩＤ制御器、
２０・・・酸素濃度設定器、２１・・・酸素濃度検出器
。
Claims (3)
- （１）原燃料を改質器で改質した改質燃料を燃料電池に
供給する一方、その燃料電池の水素極排ガスを前記改質
器で燃焼する燃料電池装置において、燃料電池からの出
力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の出力
を前記排出ガスの燃焼に必要な空気流量に換算する関数
発生器と、前記改質器に供給する実際の空気流量を検出
する空気流量検出器と、前記関数発生器で換算した指令
空気流量と前記空気流量検出器で検出した実空気流量と
の偏差に応じて前記改質器に供給する空気流量を制御す
る制御器とを備えていることを特徴とする燃料電池装置
。 - （２）原燃料を改質器で改質した改質燃料を燃料電池に
供給する一方、その燃料電池の水素極排ガスを前記改質
器で燃焼する燃料電池装置において、前記改質器の燃焼
排ガス中の酸素濃度を所定の値に設定する酸素濃度設定
器と、前記酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、前記
酸素濃度設定器で設定した酸素濃度と前記酸素濃度検出
器で検出した実酸素濃度との偏差に応じて前記水素極排
ガスの燃焼用空気として前記改質器に供給する空気流量
を制御する制御器とを備えていることを特徴とする燃料
電池装置。 - （３）原燃料を改質器で改質した改質燃料を燃料電池に
供給する一方、その燃料電池の水素極排ガスを前記改質
器で燃焼する燃料電池装置において、燃料電池の出力電
流を検出する電流検出器と、この電流検出器の出力を前
記水素極排出ガスの燃焼に必要な空気流量に換算する関
数発生器と、前記改質器に供給する実際の空気流量を検
出する空気流量検出器と、前記改質器の燃焼排ガス中の
酸素濃度を所定の値に設定する酸素濃度設定器と、前記
酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、前記関数発生器
で換算した指令空気流量と前記空気流量検出器の検出し
た実空気流量との偏差と、前記酸素濃度設定器で設定し
た酸素濃度と前記酸素濃度検出器で検出した実酸素濃度
との偏差とに応じて前記水素極排ガスの燃焼用空気とし
て前記改質器に供給する空気流量を制御する制御器とを
備えていることを特徴とする燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59221927A JPS61101969A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59221927A JPS61101969A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61101969A true JPS61101969A (ja) | 1986-05-20 |
Family
ID=16774335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59221927A Pending JPS61101969A (ja) | 1984-10-24 | 1984-10-24 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61101969A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6585785B1 (en) * | 2000-10-27 | 2003-07-01 | Harvest Energy Technology, Inc. | Fuel processor apparatus and control system |
| US6630109B2 (en) | 1998-07-16 | 2003-10-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for reformer and method of controlling reformer using control apparatus |
-
1984
- 1984-10-24 JP JP59221927A patent/JPS61101969A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6630109B2 (en) | 1998-07-16 | 2003-10-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for reformer and method of controlling reformer using control apparatus |
| US6585785B1 (en) * | 2000-10-27 | 2003-07-01 | Harvest Energy Technology, Inc. | Fuel processor apparatus and control system |
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