JPS6196674A - 燃料電池発電設備の制御方式 - Google Patents

燃料電池発電設備の制御方式

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JPS6196674A
JPS6196674A JP59217575A JP21757584A JPS6196674A JP S6196674 A JPS6196674 A JP S6196674A JP 59217575 A JP59217575 A JP 59217575A JP 21757584 A JP21757584 A JP 21757584A JP S6196674 A JPS6196674 A JP S6196674A
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清 上辻
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Kansai Electric Power Co Inc
Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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】 【発明の属する技術分野】
本発明は、反応ガス系と、該系から反応ガスの供給を受
けて発電作用を営む燃料電池と、該電池が発生する直流
電力を受けて該電力を電力系統への給電に適する交流電
力の形に変換する電力変換器 装置を備えてなる燃料電池発電設備に対する制御方式に
関する。
【従来技術とその問題点】
近年、りん酸電解液を用い反応ガスとして炭酸ガスを含
む改質水素ガスと空気とを用いる燃料電池が大形化され
かつその運転信鯨性がとみに向上するにつれて、この種
の燃料電池と電力変換装置とを組み合わせた発電設備が
電力系統の一環として計画される段階に達して来た。従
来の燃料電池発電設備、とくに電力変換器を介して電力
系統に接続されない設備は、その制御方式としては電池
の反応ガス、とくに燃料ガスの利用効率を上げるために
いわゆる電流制御方式が採用されて来た。 これは、燃料電池が発電のために消費する反応ガス、す
なわち前述の改質水素ガス中の水素や空気中の酸素がほ
ぼ正確に燃料電池の出力電流に比例するので、電池の出
力電流値を検出して反応ガス系から燃料電池に供給され
る反応ガス量をこの検出値に見合うように制御すること
により、発電に不必要な反応ガスが過剰に電池に供給さ
れるようなことを極力防止する制御方式である。もっと
も、燃料ガスとして改質水素ガスを用いる場合には、こ
の改質水素ガスを作るためのリフオーマにta内で消費
されなかうた改質ガス中の水素が改質反応に必要なリフ
オーマ内の温度を得るため燃焼ガスとして供給されるの
で、この制御方式でも電池への反応ガス供給必要量が電
池の出力電流に正確に比例するわけではないが、反応ガ
スが電池の出力電流値に見合う、すなわち該電流値によ
り一義的に決まる量だけ電池に供給されることに変わり
はない。 ところが、燃料電池をその負荷が急変するような条件、
と(に前述のように電力系統に接続して該系統内で分担
するないしは分担すべき発電能力が急変するような条件
で燃料電池発電設備を運転して見ると、上述のような比
較的単純な電流制御方式のみでは不充分なことがわかっ
た。 第4図はかかる電流制御方式の燃料電池発電設備の構成
を概括的に示すもので、図の中央の燃料電池1は正極す
なわち燃料ガス電極1aと、負極すなわち酸化ガス電極
1bと1両者に挟まれたりん酸電解液を保持するマトリ
ックス層1cと、燃料ガス室1dと、酸化ガス室1eと
により模式的に示されており、該燃料ガス室1dには反
応ガス系2のリフオーマ2aによって改質された原燃料
ガスFの改質ガスRFが供給され、電池lからのその排
出燃料ガスEFはリフオーマ2a内で燃焼される。酸化
ガス室1eには、このリフオーマ2aからの燃焼ずみ高
温ガスによって駆動されるタービン2bによって運転さ
れる圧縮4fl12cによって圧縮された大気Aからの
圧縮空気CAが供給され、その排出空気HAはリフオー
マ2aにおいて助燃ガスとして利用される。燃料電池の
電極1a、lbからの発生電力は電力変換器3を介して
電力系統8に電圧Vの交流電力Pとして給電される。 第4図で鎖線により示された電流制御方式の制御系は、
電池1から電力変換器3への直流給電線中の電流検出器
6と、調節器5と、反応ガス系2から電池1への反応ガ
ス供給路に挿入された制御弁7a 、 7bとによ啓示
されており、検出を流値
【に見合う燃料1M化両ガスが
電池lに供給されるように両制御弁7a、7bの開度を
m節する。 第5図はかかる電流制御方式によって制御された発電設
備の出力電力Pが同図fatに示すように数秒程度のあ
いだに軽負荷状態から定格出力Pnまでに急増されある
いは逆に定格出力Pnが急速遮断されたときの時間経過
を示すものである。同図伽)に示すように、検出電流値
!は出力急増開始点toから定格出力到達点tlまでの
ほぼ中間点において比較的大な電流ピークIpが記録さ
れており、これに対応して同図TC1に示すように電池
電圧Eにもほぼその開路電圧Eoから定格電圧Enに下
降する途中で、該定格電圧I!nよりも低い負のピーク
値tipないしはそのリップル変動ΔEが観測される。 一方、出力電力の急減開始点t2から遮断完了点t3ま
での電力減少時の経過は電力の変化率が電力増加時より
もふつうは大であるに拘らず、電池の電流、電圧I。 Eとも正常である。 上述の時点tO〜t1までの電池の電流、電圧■8、 
     Eの経過をさらに詳しく追跡して見た結果・
かかる経過は燃料電池の電流−電圧特性から予想される
経過とは必ずしも一致しないことがわかった。 すなわち、とくに前述の第5図世)に示す電流ピーク値
!p付近において、同図101の負の電圧ピークHpは
電池の電流−電圧特性から予測される値よりもやや低く
、電池がもつ電圧降下特性が正規の場合よりも悪化して
いることがわかる。かかる現象は、従来の電力系統に接
続されなかった発電装置では見られなかったことであり
、電力変換器3が系統日からの電力増の要求に忠実に応
じて供給電力を系統のもつ安定した一定電圧Vの下で所
定速度で増加させるよう動作し、電池のもつ実力よりは
余分に電池から電流を引き出した結果と考えられる。 もちろん、かかるむしろ異常な電圧降下状態は電池にと
って望ましい状態ではなく、かかる状態が長く継続しあ
るいは繰り返されれば電池特性が次第に劣化して行くお
それもなしとしない、また、電力の増加速度をこの例よ
りもさらに上げることが要求される場合には、電力変換
器と電流の双方の能力を合わせても要求に応じ得なくな
る限界が予測される。 さらに電池の電流、電圧の時間経過におけるピーク出現
の原因は、第5図(dlに示す電池への供給ガス量Qの
時間経過を見ると、反応ガスの供給量の過渡的な不足に
あることが明瞭である。電力急増点to以降の反応ガス
供給量Qの立ち上がりには2〜3秒程度ではあるがおく
れ時間が明らかに認められ、その後急速に増加して一旦
ピーク値に達した後下降して定格時の供給量口nに落ち
付いている0図示のように反応ガス供給量Qの経過から
見て、fAwAで示された供給必要量の経過に比べて不
足期間Tdと過剰期間TSが存在し、これから判断する
と電流制御系のゲインは決して不足ではないが、第4図
の制御弁7a、7bに開度増指令を出しても実際の反応
ガス供給ilQが立ち上がるまでに時間を要することが
おくれの主因であることが推測される。また、出力急減
開始時点t2以降の経過を見ると、供給itQの立ち下
がりのおくれのためにかなりの供給量の過剰期間TSが
存在し、同図(bl、fclから見られるように電流−
電圧1.Eから見る限り前述のようにと(に問題はない
が、該過剰期間TS中に反応ガスが利用されずに電池か
ら排出されてしまっていることがわかる。 【発明の目的] 本発明の目的は、前述のような従来技術のもつ欠点を克
服して、電流制御方式が本来もつ反応ガスの利用効率が
高い利点を維持しながら、出力急増の過渡時においても
電池に対する反応ガスの供給おくれが少なく、従って電
力急増の要求に応じろる燃料電池発電設備の制御方式を
得ることにある。また、本発明の他の目的は、電力急減
時における反応ガスの利用上のむだを極力排除すること
にある。さらに本発明の副次的な目的は、前述の目的達
成によって出力の増減が頬繁な燃料電池発電設備に本質
的に適する制御方式を得ることにある。 【発明の要点】 本発明によれば、前述の目的は冒頭記載の制御方式を、
燃料電池から出力される電流値と発電設備から送出され
るないしは送出すべき電力値とを検出するとともに、該
検出電流値から該検出値に対応して反応ガス系から燃料
電池に供給すべき反応ガスの供給目標値と燃料電池から
出力すべき電流目標値とをそれぞれ決定し、常時は該電
流目標値に見合う反応ガス量を反応ガス系から燃料電池
に供給させ、前記検出電力値に急変があうた際には直ち
に前記供給目標値に見合う反応ガス量を反応ガス系から
燃料電池に供給させ、前記検出電流値が前記電流目標値
と所定限度内で一致するに至った後に再び該電流目標値
に見合う反応ガス量を反応ガス系から燃料電池に供給さ
せるように構成することにより、設備費をほとんど上昇
させることなく達成される。 上述の構成からもわかるように、本発明の制御方式では
電流制御方式が基調とされており、それが本来もつ利点
が最大限に生かされるので、本質的に反応ガスの利用率
が高く、従ってエネルギ変換効率を高く維持できる。電
池出力の急変、とくに急増時には、給電目標値に見合う
反応ガスの供や       給電を直ちに定めて反応
ガス系に指令値8望ましくは制御弁の開度指令値として
与えるので、電池への反応ガスの供給おくれは最小限に
抑えられる。 すなわち、従来の電流制御方式では第2図(b)に示す
ように電力の急増開始点to以降の少時は電池電流Iの
増加率が電力の増加率とほぼ同程度であり、従って反応
ガス系に対する供給量指令値もこれに応じて漸増されて
いたのに対し、本発明方式の場合にはこの指令値ないし
は目標値を一挙に引き上げることができるので、それだ
け反応ガスの供給量の立ち上がりが第6図に例示するよ
うに早められる。換言すれば、本発明方式では電力の急
速な・ 立ち上がり時において、第6図に示すように反
応ガスの供給促進期間Tf、いわば一時的な反応ガスの
供給過剰時期を意識的に作って、反応ガスの供給不足期
間が極力生じないようにする。この際、反応ガスが一時
的に過剰に供給されても、燃料電池の特質として電力系
統が必要とする以上の電力ないしは電流を発生すること
はないから、電流値の経過が異常上昇を示すような事態
は生ぜず、従って電池電圧も電池のもつ正規の電流−電
圧に従って所定値1例えば定格電圧値に円滑に移行、静
定する。もっとも、上述の供給過剰は反応ガスの利用率
の一時的な低下を起こす可能性はあるが、幸い電池の反
応ガスの必要量が大、ないしは増加しつつあるので、以
後の電流制榎期間TI内でそのかなりの部分が有効利用
される0反面、電力の急減時には第6図に示すように供
給促進期間Tf内における反応ガスの過剰量は電流制御
方式の場合と比べて無視できる程度に少なくなり、反応
ガスの利用率を上げることができる。
【発明の実施例】
以下本発明による燃料電池発電設備の制御方式の実施例
を図を参照しながら詳細に説明する。 第1図は本発明方式を採用した燃料電池発電設備の系統
図であって、図の上方中央に燃料電池10が一部断面斜
視図で簡略に示されている0周知のように、燃料電池1
0は単電池10を多数個縦方向に積み重ねた方形柱状の
直列接続積層体であり、その4個の側面には反応ガス給
徘用のマニホールド14〜17が取り付けられ、上下の
端面には電極板12゜13が正負の電極端子として配設
され、これらから電池の発生電力が図の右方に開閉器1
8を介して引き出される。 電池10の左方に示された反応ガス系20は、燃料ガス
系と酸化ガス系とからなる。燃料ガス系においては改質
水素ガス源としてのリフオーマ21の改質触媒管21a
に、図の左方から天然ガス等の原料ガスFが制御弁72
と脱硫器22を介して水蒸気Wとともに導入され、リフ
オーマ21内の高温下で水素と一酸化IR素等の混合ガ
スに改質される。該混合ガスはリフオーマ21からコン
バータ23に入り、該コンバータ23内で一酸化炭素が
炭酸ガスに変換されて改質水素ガスRFとなり、制御弁
71を介して電池10の燃料ガス供給マニホールド14
に水素と炭酸ガスとの混合ガスの形で供給される。改質
水素ガスRFは電池10内を図の左方から右方に通過す
るにつれて、その中の水素ガスが消費されるが、電池内
で消費されなかった水素ガスは炭酸ガスとともに燃料ガ
ス排出マニホールド15から排出燃料ガスEFとして排
出され、リフオーマ21のバーナ21bに供給されてリ
フオーマ21内で燃焼されてその改質触媒管21aを反
応温度に加熱維持する。 酸化ガス系においては、前述のリフオーマ21からの燃
焼ずみ高温ガスHGにより駆動されるタービン24に圧
縮機25が供給されており、該圧縮機25により大気人
が制御弁74を介して吸入され、圧縮ガスCAとなって
Ml弁73を介して酸化ガス導入マニホールド16に供
給される。電池10からの排出空気FAは酸化ガス排出
マニホールド17から電池外に出て、リフオーマ21の
助燃ガス導入口21cに供給される。 以上の反応ガス系20には、上述のほかに反応ガスの加
熱、冷却用の熱交換器ないしは凝縮器類が挿入されるが
、本発明に関係が少ないので図からは一切省かれている
。ただし、これらの熱交換器類は、ガス配管とともに反
応ガス系20から電池10への反応ガスの供給上は時間
おくれ要素として作用する。 電力変換装置30は、この例ではインバータ31゜總 
     そのwi御雑器32よび変圧器33からなっ
ており、電池10からの直流発電出力を高圧の三相交流
電力に変換して図の右方の図示されていない電力系統に
給電する。燃料電池発電設備に対する電力指令psは該
電力系統の制御部から例えば図示のようにインバータ3
1の制御器32に与えられ、設備から出力すべき電力値
等がこれによって指定され、インバータ制御器32はこ
れを受けてこれに必要なインバータの点弧角mm等を行
う。 本発明方式を実施するための制御系は、計X機部40と
調節器部50と検出部60と制御操作部70とからなり
、計算機部40は検出部60からの検出値を受けて、こ
れから制御目標値を定めて調節器部50に与え、調節器
部50はこれを受けて制m操作部70に制御指令を発す
る。1N節器部50の動作のためには、通常のように燃
料電池10と反応ガス系20内の要所の反応ガスの流量
や圧力等を検出して実際値を得る必要があるが、繁雑に
なるので第1図からは一切省かれている。 検出部60は交流側と直流側に分けて図示されており、
交流側の電流検出器61と電圧検出器62とは、図示の
ように変圧器33の出力側に置いてもよ(、インバータ
31と変圧器33との間に置いてもよい。 乗算器63は電流、電圧検出器61.62からの検出値
をベクトル的に乗算して交流電力値−八を算出するもの
で、切換スイッチ64は電力指令PSに含まれる指定電
力値WSとこの交流電力値縁^とのいずれかを選んで計
算機部40に与えるためのものである。検出部60の直
流側は電池の出力電流値を検出する電流検出器65と、
この電流検出器65からの検出電流値と電池の出力電圧
値を入力して直流電力■Dを算出する乗算器66とから
なる。 出力電力WA、WDの急増時に反応ガス供給の立ち上が
りを促進する上では、電力増加の傾向をいち早く捕える
必要があり、この意味では電力指令psの指定電力値W
Sが最も早い出力増加情報であり、ついで交流電力値W
Aが早く、直流電力値WDが最もおそい情報になる。こ
の白文流電力値+4Aと直流電力値賀0とはかかる遅速
の点で大差がないように一見思えるが、反応ガスの供給
の立ち上がりは一秒を争うので実用面では大差がある。 インバータ31は電池電流I以外の電流を生じるもので
はないが、公知のようにインバータ31の回路内には鎖
線で示されたキャパシタンス31aがあり、また交流電
力値−八を変圧器33の出力側で検出する場合には変圧
器33内のインダクタンス33aがあるので、交流電力
値−Aは直流電力値−〇よりも@御上の意味合いではか
なり早く立ち上がる。従って、本発明方式の効果を光重
する上では、いわば二次情報である直流電力値WDより
は、原情報としての交流電力(17iIAを検出部60
からの検出値として用いるのが望ましいB様である。切
換スイッチ67はかかる選択をするためのもので、スイ
ッチ67から指定電力値−3゜交流電力4titt^、
直流電力値−〇のいずれかがAD変換器45aを介して
計算機部40に与えられる。一方、前述の電流制御のた
めに必要な電流検出器65からの電池電流値!は、AD
変換器45bを介して計算機部40に与えられる。 計算機部40は公知のようにCPU41と、1cPUに
アドレス、データ両バス42を介して結ばれたROM4
3.RAM44を含み、検出部60とは入力ボート45
を介して、y4節器部50とは出力ポート46を介して
結合されている。 調節器部50は計算機部40からDA変換器46a、4
6b等を介して制御目標値や制御指令を受は取る。制御
操作部70が燃料、酸化両ガス系について反応ガス系2
0のそれぞれ入口、出口側に制御弁71〜74を有する
ので、調節器部50はこれに応じて4個の調節器51〜
54を含み、この内の1個の調節器51の内部回路が第
2図に例示されている。第2図に示すように、調節器5
1はDA変換器46aから流量目標値Qを受け、一方図
水されていない改質燃料ガス[lFのit検出器から流
量実際値Qiを受け、両値間の制御偏差が演算器51a
で作られ、電流制御方式用のPI演算器51cに与えら
れる。また、流量目標値Qは比例演算器51dにも直接
与えられている。切換スイッチ51dは計算機部40か
らの切換指令SWSにより操作されるスイッチであって
、図の上方に切り換えられたときには電流制御時の操作
指令が、下方に切り換えられたときには反応ガスの供ぐ
       給促進時の操作指令が制御弁71に与え
られる。また、比例演算器51dへの入力としては、場
合により図の鎖線で示したように演算器51bにより目
標値Qからの実際値Qiの制御偏差を与えてもよいこと
はもちろんである。なお、残余の調節器52〜54につ
いても、第2図とほぼ同様に構成してよいが、反応ガス
系20の人口側と出口側とで目標値がおのずから違って
くることはもちろんである。また調節器51.〜54か
ら制御弁71〜74に与えられる操作指令、とくに反応
ガスの供給促進時のタイミングは、燃料電池10に近い
方の制御弁71.73に対する操作指令を優先し、制御
弁72〜74に対する操作指令はこれと同時にないしは
これより若干遅れて与えられる。 以上により本発明方式による制御系の構成の説明を−通
り終えたので、つぎに第3図を参照しながらその動作を
説明する。同図は計算機部4oが行うfMW上の主要動
作のフロー図であって、同図の左側の列のフローが電流
制御動作時のフローを。 中央と右側の列のフローが反応ガス供給促進動作時のフ
ローを示している。またこの場合、検出部60の切換ス
イッチ64.67は図示の選択位置にあるものとする。 電流制御動作中のステップS1では電力目標(i Pの
関数F C9>として電流目標値1aが決定される。 この電力目標値Pは例えば前述の指定電力値lISであ
り、あるいは検出電力値11AまたはuDであってもよ
い、また関数Fの形は燃料電池10のもつ電流−電圧特
性から計算され、こ°の特性は電圧垂下特性として知ら
れている一般には非線形であるから、かかる非線形特性
をRAM44内にあらかじめ記憶させておくのが望まし
い、電流目標値1aは従来のようにインバータ31の制
御器32に与えて、制御器32によって電池電流■が目
標値1aに等しくなるように制御させることができる9
次のステップs2では電流目標値1aに見合った反応ガ
スの流量目標値Qが関数ft(Ia)によって決定され
る。この目標値Qは前述のようにほぼ電流目標値夏8に
比例するが、厳密には反応ガス系20の特性を考慮して
決められる。つづくステップS3では電力目標値Pが定
数P。 として記憶される。1J1力目標値Pは随時更新されう
るので、ステップS4ではg変目標値Pを読み込み、ス
テップS5でこの読み込み値と記憶された定数P。 との差の大きさΔPが計算される。 つづくステップS6は電力の急変か否かの判定ステップ
であり、あらかじめ設定されたしきい値pthよりも電
力目標値Pの変化幅ΔPが犬であるか否かが判定される
。否、すなわちΔPが小であればフローはステップS7
に移り、ここでは変化幅ΔPが前よりも小さなしきい値
ptbよりも大か否かが判定される。すなわち、このス
テップS7では電流制御の電力目標値Pを更新すべきか
否かが判定され、変化幅ΔPが小さな方のしきい値9t
hを越えない程度であれば電力目標値P従って前述の定
数POを更新する要がないものとしてフローをステップ
S4に返えし、ステップS4〜S7のフローを操り返え
す、変化幅ΔPがしきい値9thより大であれば、電力
目標値を更新する要があるものと判断して動作フローを
最初のステップS1に返えし、該ステップS1は電流目
標値1aを、ステップS2で反応ガスの供給目標値Qを
更新し、ステップS3で定数Poに新しい電力目標値P
をセントする。すなわち、電流制御状態のステップ31
〜S7では電力口t!i*pの急変があるか否かをステ
ップS6で監視しながら、かつ電力目標値P、電流目標
値1aおよび反応ガス供給量目標値を必要に応して逐次
更新しながら電流制御動作を継続し、発電設備を高い効
率で運転する。 ステップS6において電力目標値Pに急変ありと判定さ
れると、動作フローは直ちにその右方の列に示す反応ガ
ス供給促進動作フローに移る。その最初のステップS8
では、急変後の新しい電力目標値Pの関数tpとして反
応ガス供給量目標値Qが設定され、前述のようにこの目
標値1(t1節器部1〜54に与えられる。もちろん、
この目標値Qは調節器51〜54に対して同一の値が与
えられるのでは決してなく、改質水素ガスRF、原燃料
ガスF、圧縮空気C^および大気からの取り入れ空気A
に対してそれぞれ別個の設定値が与えられる。また、関
数fpの形も一般には非線形であることはもちろんであ
り、その実際の算出プロセスとしては前のステ1   
     ツブSl、52におけると同様に目標電力量
Pから目標電流値1aをまず算出し、ついでこの目標電
流値Iaから反応ガス供給量Qを算出することでよいの
ももちろんである。ステップS8に引き続いであるいは
同時にステップS9が実行され、調節器51等の制御切
換スイッチ51e等に切換指令SWSが例えば論理値r
lJの形で発しられる。これによって調節器51〜54
は供給量促進動作に切り換わって、それに応じた操作指
令がそれぞれ制御、弁71〜74に与えられ、反応ガス
の供給促進が直ちに開始される。 つづくステップ510では、反応ガスの供給促進開始後
の経過時間tをカウントするために時間変敗tに0値が
セントされ、ステップSllでは単位時間Δtが増分さ
れ、この動作が次のステップS12において時間tがあ
らかじめ設定された時間tdを越えるまで繰り返される
。この設定時間tdとしては、ふつうは反応ガス系20
内の反応ガスの供給お(れ時間と同程度に選ぶのが望ま
しいが、前に第5図で(bl、(clで例示したような
電池電流と電池電圧とに不整波形が生ぜずほぼ直線状に
推移するように、該おくれ時間から適宜前後させて選定
するのが実際面では最も望ましい、この設定時間tdの
経過後動作フローはさらにその右方に示す列の電流値整
定確認動作フローに移る。 この最初のステップ513では急変後の電力目標値Pに
見合う電流目標値1aが前のステップS1と同様にして
決められ、次のステップ514で電流検出器65で検出
された電池゛電流の検出電流実際値Iとの差の大きさが
ステップ515で算出される0判定ステップ516にお
いて、電流実際値■があらかじめ設定された電流しきい
値+thの範囲内でまだ電流目標値1aと一致しないこ
とがわかればフローはステップ514に帰るが、実際値
■が目標値■8にほぼ一致するよう整定したことがわか
れば、フローはステップ317に移り切換指令SWSに
論理値「0」が与えられて、これに基づいて調節器51
〜54が電流制御状態に戻される。ついで動作フローは
電流制御動作フロー中のステップS2に移行されて発電
設備は電流制御状態に戻される。なお、以上の説明にお
いては、ステップS6において電力目標23Pに急増が
検出され、第3図中央列の動作フローが反応ガス供給促
進動作をする場合について述べたが、前にステップS6
において電力目標値Pに急減が検出された場合には、該
中央列の動作フローはそのまま反応ガス供給抑制動作を
することは明らかである。また、電力目標値Pについて
も、第1図の切換スイッチ64ないしは67が図示とは
反対側の位置におかれた場合には、以上説明の指定電力
値−3のかわりに検出電力値−^ないしは賀りを電力目
標値にすることができることも明らかである。 以上説明した実施例のほかに、本発明方式はその構成面
と動作面についてその要旨内において種々の態様で実施
をすることができる0例えば計算機部40は電力目標値
Pに対して非線形の関係で電流目標値1aや反応ガス供
給量目標値Qを決めるに便利な手段ではあるが、これに
限らず関数発生回路や論理ゲート類を組み合わせて、同
様のあるいは単純化された機能をもつ回路群で置き換え
ることができる。また一部器部50のもつ機能について
も、何も前述のPI動作や比例動作に限ることな(、電
池10と反応ガス系20のもつ特性に合わせて適宜にそ
の制御上の動作特性を選択すべきものである。 さらにiシI?I操作部70についても、その操作点は
反応ガス系20の入口、出口側に限らず、燃料、酸化両
ガス系内の少なくとも各1点に設けされすればよく、そ
の制御手段も制御弁に限らず適宜な選択が可能である。 その制御対象量としても反応ガス2it!1itQを制
御できる量であれば、反応ガス系内の圧力等の量で置き
換えてもよいのはもちろんである。
【発明の効果】
以上説明のように本発明においては、反応ガス系と、接
糸から反応ガスの供給を受けて発電作用を営む燃料電池
と、該電池が発生する直流電力を受けて該電力を電力系
統一\の給電に適する交流電力の形に変換する電力変換
装置を備えてなる燃料電池発電設備に対する制御方式と
して、燃料電池から出力される電流値と発電設備から送
出されるないしは送出すべき電力値とを検出するととも
に、I       該検出電流値から該検出値に対応
して反応ガス系から燃料電池に供給すべき反応ガスの供
給目標値と燃料電池から出力すべき電流目標値とをそれ
ぞれ決定し、常時は該電流目標値に見合う反応ガス量を
反応ガス系から燃料電池に供給させ、前記検出電力値に
急変があった際には直ちに前記供給目標値に見合う反応
ガス量を反応ガス系から燃料電池に供給させ、前記検出
電流値が前記電流目標値と所定限度内で一致するに至っ
た後に再び該電流目標値に見合う反応ガス量を反応ガス
系から燃料電池に供給させるように構成したので、本質
的に反応ガスの利用率、従ってエネルギ変換効率が高い
電流制御方式がもつ利点を最大限に生がしながら、電力
供給量の急変、と(に急増時に電池への反応ガスの供給
のおくれを最低限に抑えて、その   ゛制御動作を電
力供給面からの要請に応じながら電池に無用な過渡的過
負荷が掛からないように最適化することができる。従っ
て、本発明による制御方式は出力増減の回数が比較的多
い場合にも燃料電池発電設備の制御に本質的に適し、本
発明の上記構成のもつ効果により発電設備から給電の立
ち上がり時間を従来より短縮する要求にも応じることを
可能にする。また、本発明方式は給電量が低減される場
合にも、設備に無用に供給される反応ガス量を実用上無
視できる程度に減少させうる効果を有する。 このように、本発明方式は燃料電池発電設備を高い効率
で運転しかつ給電量の急変の事態ないしは要請に容易に
応じうる制御方式を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による燃料電池発電設備の制御方式の最
良実施例を示す設備の全体系統図、第2図は該第1図中
の調節器50の構成を調節器51について例示する回路
図、第3図は第1図中の計算機部50の動作を中心に設
備全体の制御動作を説明する動作フロー図、第4図は従
来技術例としての電流制御方式の燃料電池発電設備の概
括系統図、第5図は該第4図の構成の発電設備における
主要な制?atおよび被制御量の時間的経過を例示する
波形図、第6図は本発明方式を採用した発電設備内の被
制御量の例として反応ガス供給量の時間的経過を示す波
形図である0図において、 lO:燃料電池、20:反応ガス系、3o:電力変換装
置、40:制御系の構成要素例としての計算機部、50
:制御系の構成例としての11節器部、51〜54:調
節器、51e  +制御切換スイッチ、6o:検出部、
61.65  :電力値検出手段中の電流検出器、62
:電力値検出手段中の電圧検出器、63,66:tカ値
検出手段としての乗算器、64.67 +電力目標値P
の選択手段としての切換スイッチ、70+反応ガス系2
0に対する制御掻作部、71〜74二M?il操作手段
例としての制御弁、C^二酸化側反応ガスとしての圧縮
空気、I:電池電流、[a:電流目標値、P:電力目標
値、Q:反応ガスの供給目標値例としての反応ガス流量
、RF:燃料側反応ガスとしての改質水素ガス、賀^:
電力目標値例としての検出交流電力値、−D=電電力目
標何例しての検出直流電力値、−3;電力目標値例とし
ての指定給!電力値、である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)反応ガス系と、該系から反応ガスの供給を受けて発
    電作用を営む燃料電池と、該電池が発生する直流電力を
    受けて該電力を電力系統への給電に適する交流電力の形
    に変換する電力変換装置を備えてなる燃料電池発電設備
    に対する制御方式であって、燃料電池から出力される電
    流値と発電設備から送出されるないしは送出すべき電力
    値とを検出するとともに、該検出電流値から該検出値に
    対応して反応ガス系から燃料電池に供給すべき反応ガス
    の供給目標値と燃料電池から出力すべき電流目標値とを
    それぞれ決定し、常時は該電流目標値に見合う反応ガス
    量を反応ガス系から燃料電池に供給させ、前記検出電力
    値に急変があった際には直ちに前記供給目標値に見合う
    反応ガス量を反応ガス系から燃料電池に供給させ、前記
    検出電流値が前記電流目標値と所定限度内で一致するに
    至った後に再び該電流目標値に見合う反応ガス量を反応
    ガス系から燃料電池に供給させるようにしたことを特徴
    とする燃料電池発電設備の制御方式。 2)特許請求の範囲第1項記載の方式において、電力値
    が電力変換装置の交流側で検出されることを特徴とする
    燃料電池発電設備の制御方式。 3)特許請求の範囲第2項記載の方式において、電力値
    が交流電流値により代表されることを特徴とする燃料電
    池発電設備の制御方式。 4)特許請求の範囲第1項記載の方式において、電力値
    が電力系統から燃料電池発電設備に与えられる給電電力
    指令値であることを特徴とする燃料電池発電設備の制御
    方式。 5)特許請求の範囲第1項記載の方式において、反応ガ
    スの供給目標値が該目標値に見合う弁開度の形で反応ガ
    ス系の制御弁に与えられることを特徴とする燃料電池発
    電設備の制御方式。 6)特許請求の範囲第1項記載の方式において、電流目
    標値に見合う反応ガス量が該目標値からの検出電流値の
    制御偏差に基づいてPI制御されることを特徴とする燃
    料電池発電設備の制御方式。 7)特許請求の範囲第1項記載の方式において、検出電
    流値と電流目標値との一致が検出される前に、供給目標
    値による反応ガス供給指令が反応ガス系に発しられた後
    の経過時間が設定時間値を越えたか否かがあらかじめ確
    かめられ、是の場合にのみ電流目標値に見合う反応ガス
    量を反応ガス系から燃料電池に供給させるようにしたこ
    とを特徴とする燃料電池発電設備の制御方式。 8)特許請求の範囲第7項記載の方式において、設定時
    間が反応ガス系から燃料電池への反応ガスの供給のおく
    れ時間と同程度に選ばれることを特徴とする燃料電池発
    電設備の制御方式。
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