JPS62115671A - 燃料電池発電システム - Google Patents

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］ 本発明は燃料電池発電システムに係り、特にシステム全
体のエネルギー効率の向上を図り得るよう（ニジた燃料
電池発電システムに関する。 ［発明の技術的背景とその問題点コ 従来、燃料の有しているエネルギーを直接！気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質層を迭んで燃料極および酸化
剤極の一対の多孔質電極を配置すると共に、燃料極の背
面≦二水素等の燃料を接触させ、また酸化剤極の背面に
空気等の酸化剤を接触させ、このとき起こる電気化学的
反応を利用して上記一対の電極間から電気エネルギーを
取り出丁よう１ニジたものであり、上記燃料と酸化剤が
供給されている限り高い変換効率で電気エネルギーを取
出すことができるものである。 ところでこの種の燃料電池は、燃料電池で発電に使用す
る酸化剤としての空気を得るための空気処理装置と、同
じく燃料電池で発電Ｃ二使用する燃料としての水素を得
るための燃料改質装置とを備えて２日料電池発電システ
ムを構成していることが多い、第３図）よ、この梅の代
表的な燃料電池発電システムの基本的構成例を示したも
のである。 図において、天然ガスまたは石炭ガス等の化石燃料より
なる原燃料１とスチーム供給器２からのスチームが、夫
々原燃料制御弁３とスチーム制御弁４とにより、スチー
ムとカーボンの混合モル比が３〜５程度となるようＣ二
制御されて燃料改質装置５Ｉ７１３の改質触媒チューブ
６（ユ導入される。ここで、スチームと原燃料１は５０
０〜６００℃８度まで加熱されて改質反応を行ない、次
Ｃ二変成器７を経て水素含有率の賃い改質燃料となる。 この水素含有率が高くなった改質燃料は、燃料ガス気水
分離器８に送られて改質で余剰であったスチームな除却
した後、補助バーナ９へは補助バーナ燃料制御弁１０に
より、また燃料電池１］の燃料極１１Ａへは改質燃料制
御弁１２ｉ二より、夫々その流量が制御されて送られる
。 燃料電池１１の燃料極１１Ａへ流入した改質燃料は、酸
化剤極１１Ｂに流入している空気と触媒反応を行ない、
その結果燃料の一部が消費されて電気エネルギーと反応
生成水とが得られる。この燃料電池１】内で生成した反
応生成水の一部を含んで燃料極１１Ａを出た燃料排気ガ
スは、前述の燃料改質装ｗ５のメインバーナ１３の燃料
として送られるが、この途中Ｃ；おいてガス中水分の回
収を行なうたぬ気水分離器１６を通過する。そして、メ
インバーナ１３へ送られた燃料排気ガスは燃料改質装置
５内で燃焼し、改質触媒チューブ６を加熱した後に高温
排ガス１７として排出される。さらに、燃料電池１１の
酸化剤極１１Ｂから送られる空気排気ガスと合流した後
、混合器１８へ送られてターボコンプレッサー１９の駆
動用エネルギーの一部として使われる。一方、補助バー
ナ９へ送られた改質燃料は補助バーナ９内で燃焼し、そ
の燃焼ガスが混合器１８を通過してターボコンプレッサ
ー１９のタービン１９Ａを駆動する。 一方、上記タービン１９Ａ　ｌ：、連結して駆動される
コンプレッサー１９Ｂの吐出空気は、補助バーナ９、メ
インバーナ１３へ夫々補助バーナ空気制御弁２０、メイ
ンバーナ空気制御弁２１ｉ二より空燃比を制御して送ら
れると共１：、空気制御弁２２により燃料電池１】の酸
化剤極１１Ｂへ送られ、余剰分はターボコンプレッサー
１９の駆動用エネルギーの一部として混合器１８へ送ら
れる。酸化剤極１１Ｂ　ｌ二送られた空気の一部は、上
記燃料極１１Ａの水素と反応して消費された後、酸化極
１１Ｂ内で生成した水分を含んで排出される。この排出
され之空気排気ガスは、上記燃料排気ガスと同様に空気
排気ガス気水分離器２５＋二より、空気排気ガス中のス
チーム分を一部復水した後１：上記燃料改質装置５から
の高温排ガス１７と合流する。 燃料電池１１は上述し念ようζユ、燃料極１１Ａ内の水
素と酸化剤極１１Ｂ内の酸素との触媒反応（：よって酸
化剤極１１Ｂが正極（アノード）、燃料極１１Ａが負極
（カソード）となるようＣ二電気エネルギーを発生し、
その両電極１１Ａ、１１８間に接続された電気負荷２６
に轟該電気エネルギーを供給する３この際、電気負荷２
６により吸収された電流値に略比例して、両電極１１Ａ
、ＩＩＢ人口に供給された水素と酸素が反応して反応生
成水が得られ、このスチーム分を含んだ未反応ガス分が
両電極１１Ａ、ＩＩＢ出口より排出されること（：なる
。 一方、上記燃料極１１Ａの出口側には再循環ライン（以
下、リサイクルラインと称する）１４が設けられ、出口
側ラインを介して排出される燃料排気ガスの一部を分岐
しりサイクルブロワ１５を経て燃料極１１人の入口側ラ
インへリサイクルさせるようｌ二構成されている。また
同様ｆ二、酸化剤極１１Ｂの出口側にもリサイクルライ
ンおが設けられ、出口側ラインを介して排出される空気
排気ガスの一部を分岐しりサイクルブロワ２４を経て酸
化剤極１１Ｂの入口側ラインへリサイクルさせるよう（
：構成されている。この場合、両電極１１Ａ、１１Ｂの
りサイクルライン１４　、２３は燃料電池１１での反応
後の未反応ガスを循環して再利用する目的で設けられ、
燃料および空気を有効的：；利用するという効果を有す
るものである。 しかしながら、第３図（：示されるようなリサイクルラ
イン構成をとる燃料電池発電システムにおいては、次の
ような問題がある。すなわち、燃料極１１Ａから排出さ
れる燃料排気ガス中には燃料電池１１内での電極反応で
生成した水分の一部を含んでいる。従って、この燃料排
気ガスの一部をリサイクルライン１４に導入し、その１
まリサイクルブロワ１５を経て燃料極１１Ａの入口側ラ
インへリサイクルさせると、水分を多く含んだ燃料が燃
料電池１１１：与えられること１；なり、燃料極１１Ａ
の出口では水分を多く含んだ多湿の燃料排気ガスが得ら
れる几め、かかるリサイクルな繰返下ことにより結果的
Ｃユ燃料極１１Ａ入ロ側の燃料中の湿分が高くなる。改
質燃料ガスを燃料電池入口に供給する手前のラインでは
、気水分離器８から燃料が排出される段階においである
一定の低い水蒸気圧を保つように制御し、燃料極１１Ａ
入口側（ユニる燃料中の湿分を調整しているのが一般的
であり、その目的は燃料極１１Ａ内部での電解質水蒸気
圧分布を均−ｌ二保ちつつ電解質の飛散を防止すること
（ユある。従って、もし上記のような水分を必要以上に
多く含んだ多湿の燃料が燃料極１１Ａ　Ｃ与えられた場
合には、電解質に悪影響を与えてしまい良好な燃料電池
出力特性が得られなくなる。 そこで、このような不都合を解決するため（：従来では
、改質燃料制御弁１２を通して得られる湿度の低い燃料
の流量に対し、これ６１合流するリサイクルライン１４
の燃料流量を極めて少ない比率として定め、燃料極１１
Ａ入口側の燃料中の水分量を小さく抑えるようにシステ
ムを構成することが行なわれている。しかしながら、改
質燃料の消費量をできるだけ抑え、かつ改質燃料を得る
ためＣユ必要な燃料改質装置５の熱エネルギーを節約で
きれば、燃料電池発電システム全体のエネルギー効率を
高めることができるため、改質燃料をできる限り有効的
（：利用することを目的としてリサイクルライン１４に
分岐するリサイクルガス量を多量に確保することが好ま
しく、この±めには上述のような問題点を解決すること
が必要である。 ［発明の目的］ 本発明は上記のような問題を解消するために成されたも
ので、その目的は燃料電池の燃料極大口側から導入され
る燃料中の水蒸気圧を高めることなくリサイクル燃料量
を多量に確保Ｔることができ、結果としてシステム全体
のエネルギー効率）向上を図ることが可能な燃料電池発
電システムを提供することＣ′″−ある。 ［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、電解質層を挾ん
で燃料極および酸化剤極の一対の電極を配＃すると共

【
ユ、前記燃料極（ユ燃料を供給しまた前記酸化剤極Ｃ二
酸化剤を供給して、このとき起こる電気化学的反応によ
り前記両電極間から電気エネルギーを取り出す燃料電池
と、この燃料電池の燃料極出口側ラインを介して排出さ
れる排気燃料の一部を分岐し再循環ブロワを介して前記
燃料極の入口側ラインへ再循環させるようＣ二構成され
た再循環ラインと、前記燃料極の入口側ライン上に股け
られ冷却媒体により冷却された燃料からその中の水分を
分離して排出する気水分離器と、前記冷却媒体を供給す
るライン上に設けられ当該ラインを通過する冷却媒体全
を調節する制御弁と、前記気水分離器を流通する燃料の
温度を検出する温度検出器と、この温度検出器により検
出された温度を設定温度値と比較しかつこの比較結果１
−基づいて前記制御弁の弁開度を制御する第１の制御装
置とから成る燃料電池発電システムにおいて、前記燃料
極の入ロ側ライン上Ｃ二股けられ当該ラインを流れる燃
料の流量を検出する流量検出器と、この流量検出器によ
り検出された流量値信号と前記燃料電池の電気負荷レベ
ルに対応する負荷信号とを用いて関数演算を行ない、か
つこの演算信号を前記第１の制御装置に対してその設定
温度値を表わす信号として与える第２の制御装置とを備
えることにより、燃料電池の燃料極−人口側での実際の
燃料中の水分濃度を適切な濃度Ｃ二保つよう（ニジ念こ
とを特徴とする。 ［発明の実施例コ 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は、本発明Ｉ：よる燃料電池発電システムの
構成例をブロック的に示し元もので、第３図と同一部分
（ユは同一符号を付して示している。なお第１図では、
燃料改質装置、空気処理装置等Ｉユついてはその図示を
省略している。 第１図５−おいて、１１は電解質層を挾んで燃料極１１
人および酸化剤極１１Ｂの一対の電極を配置するととも
に１上記燃料極１１人電−燃料を供給しまた上記酸化剤
極１１１３　Ｃ二酸化剤を供給して、このとき起こる電
気化学的反応により上記両電極間から電気エネルギーを
取り出Ｔ燃料電池、１４はこの燃料電池１１の燃料極１
１Ａの出口側に設けられ、かつ燃料極１１Ａの出口側ラ
インを介して排出される排気燃料の一部を分岐しりサイ
クルブロワ１５を介して上記燃料極１１Ａの入口側ライ
ンへリサイクルさせるように構成されたリサイクルライ
ン、３ｏは上記燃料極１１Ａの入口側ライン上に設けら
れ尚該ラインを流れる燃料を冷却媒体である冷却水４０
により冷却する冷却器、８は上記燃料極１１Ａの入口側
ライン上の冷却器３０の下流側に設けられ上記冷却器３
０で冷却された燃料からその中の水分を分離して排出す
る気水分離器、３４はそのドレン弁、３９は上記冷却器
３０Ｃ；冷却水４０を供給するライン上に設けられ当該
ラインを通過する冷却水量を調節する制御弁である。ま
念、３２は上記気水分離器８の出口側に設けられこれを
流通する燃料の温度を検出する温度検出器、３１はこの
温度検出器３２により検出された検出温度信号３３を、
設定温度値信号３５と比較し、かつこの比較結果である
偏差信号３６を調節器３７に入力しこれＣ；基づいて上
記制御弁３９の弁開度を制御する弁開度制御量信号３８
を出力するように構成された第１の制御装置である。 さらＣユ、５１は上記燃料極１１Ａの入ロ側ライン上に
設けられ当該ラインを流れる燃料の流量を検出する流量
検出器、５０は上記燃料電池の出力電流レベルを検出す
るためζ二設けられ′ｆＩ−電流検出器であり、５２は
前記流量検出器５１−より検出された検出流量値信号ｆ
と前記電流検出器５０により検出された検出電流値信号
ｉとを演算器５３に入力して関数演算を行ない、かつこ
の演算信号ｔを上記第１の制御装置３１に対してその設
定温度値信号３５として与えるように構成され几第２の
制御装置である。 なお、上記で調節器３７としてはＰＩＤ調節器や、不感
帯をもつリミッタ−等により構成することができる。ま
た演算器５３としては、あらかじめ設定しである関数形
式に従って入力信号を用いた関数演算を行ない演算結果
に応じた出力信号を得る方式の関数演算器や、あらかじ
め記憶しである数値表を検索することにより入力信号（
ユ対応し比出力信号を得る方式の関数演算器等、および
これらとＰＩＤ調節器や不感帯をもつリミッタ−とを組
合せた形で構成することができる。 次に、かかる如く構成した２つの制御装置を備えて成る
燃料電池発電システムの作用について述べる。 今、燃料電池発電システムの運転状態Ｃ；おいて、第１
の制御装置３１においては調節器３７の調節機能を適切
Ｃ二股定することにより、温度検出器３２にて検出され
た検出温度信号３３の値が設定温度値信号３５の値にで
きる限り近づくように調節弁３９の弁開度制御量信号あ
を定めることにより、冷却器３０を通過する燃料の温度
を調節することができる。すなわちこれは、気水分離器
８中の燃料温度をある設定温度値に近づけることシーな
るため、この設定温度値Ｃユ応じた燃料中の水蒸気分圧
が得られ、その結果として気水分離器８より排出されて
燃料極１１人（ユ導入される燃料中の水分濃度は、燃料
の流量とは無関係（ユある一定の値（ユ調節されること
になる。なお、気水分離器８で分離された凝縮水はドレ
ン弁別を介して外部へ排出される。また、もしリサイク
ルブロワ１５が停止していてリサイクルライン１４から
の非燃料の環流がなければ、上記の状態で燃料極１１Ａ
−二導入される燃料中の水分濃度な略一定Ｃユ保つこと
ができ、以上の燃料中水分濃度の調節方法は従来より一
般に行なわれている方法である。 次Ｃ；第２の制御装置５２（ユおいては、演算器５３の
関数形式を適切に設定することにより、流量検出器５１
にて検出された検出流量値信号ｆと電流検出器５０にて
検出された検出電流値信号ｉとをパラメータとして、気
水分離器８を流通する燃料の目標とすべき温度レベルを
算出することができる。その理由は次のとおりである。 すなわち、燃料電池１］の燃料極１１Ａの入口側におけ
る燃料流量と出口側における排気燃料渡世及びこれらに
含まれる水分濃度の関係は、燃料極での消費水素ガス量
（これは負荷電流レベル１：比例する）、電池反応生成
水のうち燃料極側への排出水分量（やはり負荷電流レベ
ルに比例する）、燃料極排気燃料のうちリサイクルライ
ンＬ４に分岐されるリサイクル燃料流量、気水分離器８
より供給される燃料流せ及びそれＣ二含まれる水分濃度
（前述のようＣ二これは気水分離器８を流通する燃料の
温度に対応して定まる）によって一意的Ｃユ決めらねる
としてよい。このことを集約するならば、燃料極１１Ａ
入口側の燃料中水分濃度は、負荷電流レベルと、リサイ
クル燃料流量と、気水分離器８より供給される燃料流量
と、 気水分離器８を流通する燃料の温度とをパラメータとし
て決めることができる。すなわちこれらのパラメータは
ある関係Ｃ′−ある。さらＣユ言い換えれば、ある電池
運転状態Ｃ二おける負荷電流レベルと、リサイクル燃料
流量と、そのときの気水分離器８より供給される燃料流
量とを知って、特定の関数Ｃ；従い適切な温度値を選び
その値に気水分離器８を流通する燃料の温度を調節する
ことができれば、リサイクル燃料が合流し友後の燃料極
１１Ａ入口側の燃料中水分濃度をある一定の低いレベル
に常時保つことが可能となる。 一般（；リサイクル燃料流量を常時一定値とするか、あ
るいは負荷電流レベルの関数として設定しておくことが
行なわれる。このことを考蕉すれば、入力パラメータと
しては電池負荷電流レベル（検出電流値信号ｉ）及び気
水分離器８より供給される燃料流量レベル（検出燃料流
量信号ｆ）の２つだけを選び、ある定められ念関数Ｃユ
従った演算を行なうことで、目標と丁べき気水分離器８
を流通する燃料の温度レベル（演算信号ｔ）を得ること
ができる。 上記演算信号ｔは第１の制御装置３１に対しその設定温
度信号３５として与えられるので、先述した第１の制御
装置３】の作用のとおり、これに従って調節器３７の機
能により調節弁３９の弁開度制御を行なうことができ、
この結果冷却器３０の温度ｌｌＩ節が行なわれる゛。例
えば、電池負荷電流レベルがかなり大きくリサイクル燃
料中Ｃ二多散の水分を含むことで燃料極１１Ａ入口の燃
料中の水分１ｌｉ１１度が許容されたレベルよりもかな
り高くなった場合を想定すると、検出電流値信号ｉと検
出燃料流量信号ｆとを入力とした関数演算の結果第２の
制御装置４１から出力される設定温度信号は低下し、第
１の制御装置３１（ユおける冷却器３０の温度調節レベ
ルを低下させる方向に作用すること１二なる。その結果
、気水分離器８を通過する燃料温度が低下し、水蒸気分
圧もこの温度Ｃユ応じて低下する。さらＣユこの結果、
リサイクル燃料が合流し念後の燃料極１１Ａ入口の燃料
中の水分濃度は抑制されて、許容され九低いレベルの水
分機度値（：近づくことＣ；なる。 従ってこのような作用により、燃料電池１１の燃料極１
１Ａに導入される燃料中の水分濃度を、燃料極１１Ａの
入口側ライン上流の気水分離器８から供給される燃料流
量（ユよらず、ま之電池電気負荷景１：よらず、許容さ
れた低レベルの水分濃度値Ｃユ制御することが可能とな
る。このことにより、燃料極１１Ａ内部での電解質水蒸
気分布を定常的に均一に保ちつつ、電解質の過剰な飛散
を防止することができるので、良好な電池特性を維持す
ることが可能である。またこれにより、燃料極１１Ａへ
導入される燃料流量のうちリサイクルライン１４から合
流される流量の比率を比較的大きくとることが可能とな
るので、同一電池出力レペルＣユ対して必要となる改質
燃料量を節約することが可能となる。 その結果、改質燃料の消費量を節約してこれに必要な燃
料改質装置の熱エネルギーを節約することで、燃料電池
発電システム全体のエネルギー効率を高めることができ
る。 ［効果］ 上述したように本実施例（：よる燃料電池発電システム
は、電解質層な挾んで燃料極１１Ａおよび酸化剤極１１
Ｂの一対のｔｆｊを配置すると共に、上記燃料極１１Ａ
に燃料を供給しまた上記酸化剤極１１Ｂに酸化剤を供給
して、このとき起こる電気化学的反応により前記両′ｗ
ｔ極間から電気エネルギーを取り出す燃料電池１１と、
この燃料電池１１の燃料極１１Ａ出口側ラインを介して
排出される排気燃料の一部を分岐し再循環ブロワ１５を
介して前記燃料極１１Ａの入口側ラインへ再循環させる
ように構成された再循環ライン１４と、上記燃料極１１
Ａの入口側ライン上に設けられ冷却媒体である冷却水４
０により冷却された燃料からその中の水分を分割して排
出する気水分離器８と、上記冷却水４０を供給するライ
ン上に設けられ当該ラインを通過する冷却水雲を調節す
る制御弁３９と、上記気水分離器８を流通する燃料の温
度を検出する温度検出器３２と、この温度検出器３２に
より検出された温度を設定温度値３５と比較しかつこの
比較結果に基づいて上記制御弁３ソの弁開度を制御する
弁開度制御清信号３８を出力する第１の制御装置３１と
からなる燃料電池発電システムにおいて、上記燃料極１
１Ａの入口側ライン上（：設けられ当該ラインを流れる
燃料の流量を検出する流量検出器５１と、この流量検出
器５１により検出された流量値信号ｆと上記燃料電池の
電気出力回路Ｃ二股けられて負荷電流を測定する電流検
出器５０より得られる電流値信号ｉとを演算器５３に入
力して関数演算を行ない、かつこの演算信号ｔを上記第
１の制御装置３１に対してその設定温度値３５を表わす
信号として与える第２の制御装ｆ！１５２とから構成す
るようにしたものである。 従って、電池負荷量によらず燃料電池１］の燃料極１１
Ａ入口側から導入される排気燃料中の水蒸気圧を高める
ことなくリサイクル燃料排気ガス量を多ｔに確保するこ
とができ、その結果としてシステム全体のエネルギー効
率の向上を□□□ることが可能となり、極めて信頼性の
高い燃料電池発電システムを得ることができる。 ［他の実施例］ 尚、本発明は上記実施例Ｃ二限定されるものではなく、
次のようＣユしても実施することができるものである。 第２図は１本発明の他の実施例１：よる燃料電池発電シ
ステム５二おける燃料電池およびその周辺の構成例をブ
ロッ的に示し念もので、第１図と同一部分Ｃユは同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異な□る部分ｌ
二ついてのみ述べる。 つまり第２図１−おいて第１図と異なる点は、リサイク
ルライン１４上Ｃ；当該ラインを流れるリサイクル燃料
排気流量を検出するための第２の流量検出器５４を設け
、これで検出された第２の検出流量値信号ｆ、を入力信
号として演算器５３に加えるようＣ二構成し、さらＣ；
演算器５３における関数演算機能としては、流量検出器
５１（以下第１の流量検出器と称す）からの検出流量値
信号（以下第１の検出流量信号ｆｌと称す）と検出流量
信号轟と第２の検出流量値信号ｆ２とを入力パラメータ
として関数演算を行ない、目標とすべき気水分離器８を
流通する燃料の温度レベル（演算信号ｔ）を得るように
していることＣ″−ある。 かかる構成の燃料電池発電システム！＝おいて、その作
用は第１図の場合と略同様Ｉ：なる。 すなわち第２の制御装置５２においては、演算器５３の
関数形式を適切に設定することにより、第１の流量検出
器５１にで検出された第１の検出流量値信号ｆ１と第２
の流量検出器５４にて検出された第２の検出流量値信号
ｆ３と電流検出器５０（ユて検出さＥた検出電流値信号
１とをパラメータとして、気水分離器８を流通する燃料
の目標とすべき温度レベルを算出することができる。そ
の理由は前述のとおりである。すなわち、燃料極１１Ａ
入口側の燃料中水分濃度は、負荷電流レベルと、リサイ
クル燃料流量と、気水分離器８より供給される燃料流量
と、気水分離器８を流通する燃料の温度とをパラメータ
として決めることができる。すなわちこれらのパラメー
タはある関数関係Ｃ二ある。さらに言い換えれば、ある
電池運転状態（：おける負荷電流レベルと、リサイクル
燃料流量と、そのときの気水分離器８より供給される燃
料流量とを知ユ）て、特定の関数（ユ従い適切な温度値
を選びその値Ｉ：気水分離器８を流通する燃料の温度を
調節することができれば、リサイクル燃料が合流した後
の燃料極１１Ａ入口側の燃料中水分濃度をある一定の低
いレベルに常時保つことが可能となる。 第１図の例においては、リサイクル燃料流量を常時一定
値とするか、あるいは負荷電流レベルの関数として設定
しておくことを前提としたが、特殊な運転条件のもとで
はリサイクル流量を時間的（ユ変化させる必要があるこ
とも想定される。従ってこの場合は、電池負荷電流レベ
ル（検出電流値信号ｉ）の関数としてリサイクル流量を
表現できないため、リサイクル流量の検出流量信号（第
２の検出流量信号）　ｆｓをあらためて入力パラメータ
のひとつとして演算器５３（ユ加えるよう（ニしておく
のが良い。この演算器５３より出力される演算信号ｔは
第１の制御装置３１　に対しその設定温度値信号３５と
して与えられるので、第１図の場合に説明した第１の制
御装置３１の作用のとおり、これＣユ従って調節器３７
の機能により調節弁３９の弁開度制御を行なうことがで
き、この結果冷却器３０の温度調節が行なわれる。例え
は、リサイクル燃料流量がかなり大きく、燃料極１１Ａ
入口の燃料中の水分０度が許容されたレベルよりもかな
り高くなった場合を想定すると、演算器５３による関数
演算の結果第２の制御装［４１から出力される設定温度
信号は低下し、調節弁３９の開度な増加させる方向Ｃ二
作用することになるので、冷却器３０を通過する燃料温
度は低下し気水分離器８中の水蒸気分圧レベルも燃料温
度に応じて低下する。この結果、気水分離器８から排出
される燃料の水蒸気分圧は低くなるので、リサイクル燃
料が合流しｔ後に燃料極１１Ａ入口の燃料中の水分濃度
は抑制されて、許容された低いレベルの水分濃度値に近
づくことζユなる。従ってこのような作用により、上述
した第１図の場合と同様の効果が得られるものである。 局、上記各冥施例Ｉニおいては演算器５３の入力パラメ
ータとして検出電流値信号Ｉを用いているが、このかわ
り（ユ目標負荷レベル（ユ応じて設定される設定電流値
信号を用いるよう（ユしても同様の効果を得ることがで
きる。この場合は電流検出器５ｏは不要である。 また、上記各実施例においては冷却用の媒体として冷却
水を用いたが、これに限らずその他の冷却媒体を適用す
るようにしてもよい。 さらｆ二、上記各実施例においては気水分離器８の温度
調節方法として、冷却器３０を前段に設けその冷却水導
入量を調節弁３９によりｖ！４ｗＪする場合を述べたが
、必ずしもこれシー限定されるものではなく例えば第１
の制御装置３１の制御対象として気水分離器８の温度調
節を行なういかなる方法を設定しても、同様に本発明を
適用することができるものである。 その他、本発明はその要旨をＫＷしない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。 ［発明の効果コ 以上説明したようＣ；本発明（：よれば、電解質層を挾
んで燃料極および酸化剤極の一対の電極を配置すると共
≦：、前記燃料極１；燃料を供給しまた前記酸化剤極Ｃ
二酸化剤を供給して、このとき起こる電気化学的反応に
より前記両電極間から電気エネルギーを取り出す燃料電
池と、この燃料電池の燃料極出口側ラインを介して排出
される排気燃料の一部を分岐し再循環ブロワを介して前
記燃料極の入口側ラインへ再循環させるように構成され
た再循環ラインと、前記燃料極の入口側ライン上に設け
られ冷却媒体により冷却された燃料からその中の水分を
分離して排出する気水分離器と、前記冷却媒体を供給す
るライン上に設けられ当該ラインを通過する冷却媒体量
を調節する制御弁と、前記気水分離器を流通する燃料の
温度を検出する温度検出器と、この温度検出器：ユより
検出された温度を設定温度値と比較しかつこの比較結果
に基づいて前記制御弁の弁開度を制（ＩＸＩＴる第１の
制御装置とからなる燃料電池発電システム（ユおいて、
前記燃料極の入口側ライン上に設けられ尚該ラインを流
れる燃料の流量を検出する流量検出器と、この流量検出
器Ｉ：より検出されたｉｔ値傷信号前記燃料電池の電気
負荷レベルに対応する負荷信号とを用いて関数演算を行
ない、かつこの演算信号を前記第１の制御装置ζ二対し
てその設定温度値を表わす信号として与える第２の制御
装置とを備えて構成する工うＣユしたので、燃料電池の
燃料極大口側から導入される燃料中の水蒸気圧を高める
ことなくリサイクル燃料量を長目に確保することができ
、結果としてシステム全体のエネルギー効率の向上を図
ることが可能な極めて信頼性の高い燃料電池発電システ
ムが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図、第３図
は従来の燃料電池発電システムを示す構成ブロック図で
ある。 １・・・原燃料　　　　　２・・・スチーム供給器３・
・・原燃料制御弁　　４・・・スチーム制御弁５・・・
燃料改質装＠　　６・・・改質触媒チューブ７・・・変
成器　　　　　８・・・気水分離器９・・・補助バーナ
　ｌＯ・・・補助バーナ燃料制御弁１１・・・燃料電池
　　　　１１Ａ・・・燃料極１１Ｂ・・・酸化剤８ｉ１
２・・・改質燃料制御弁１３・・・メインバーナ　　１
４・・・リサイクルライン１５・・・リサイクルブロワ
　１６・・・気水分離器１７・・・高温排ガス　　　１
８・・・混合器１９・・・ターボコンプレッサー　Ｌ９
Ａ・・・タービン１９Ｂ・・・コンプレッサー　２０・
・・空気制御弁２１・・・空気制御弁　　　２２・・・
空気制御弁詔・・・リサイクルライン２４・・・リサイ
クルブロワ２５・・・気水分離器　　　２６・・・電気
負荷３０・・・冷却器　　　　　３１・・・制御装置３
２・・・温度検出器　　　３４・・・ドレイン弁３５・
・・目標温度信号　　３７・・・調節器３９・・・調節
弁　　　　　４０・・・冷却剤５０・・・電流積、出器
　　　５１・・・流量検出器５２・・・制御装置　　　
　５３・・・演算器代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質層を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の
   電極を配置すると共に、前記燃料極に燃料を供給しまた
   前記酸化剤極に酸化剤を供給して、このとき起こる電気
   化学的反応により前記両電極間から電気エネルギーを取
   り出す燃料電池と、この燃料電池の燃料極出口側ライン
   を介して排出される排気燃料の一部を分岐し再循環ブロ
   ワを介して前記燃料極の入口側ラインへ再循環させるよ
   うに構成された再循環ラインと、前記燃料極の入口側ラ
   イン上に設けられ冷却媒体により冷却された燃料からそ
   の中の水分を分離して排出する気水分離器と、前記冷却
   媒体を供給するライン上に設けられ当該ラインを通過す
   る冷却媒体量を調節する制御弁と、前記気水分離器を流
   通する燃料の温度を検出する温度検出器と、この温度検
   出器により検出された温度を設定温度値と比較しかつこ
   の比較結果に基づいて前記制御弁の弁開度を制御する第
   １の制御装置とからなる燃料電池発電システムにおいて
   、前記燃料極の入口側ライン上に設けられ当該ラインを
   流れる燃料の流量を検出する流量検出器と、この流量検
   出器により検出された流量値信号と前記燃料電池の電気
   負荷レベルに対応する負荷信号とを用いて関数演算を行
   ない、かつこの演算信号を前記第１の制御装置に対して
   その設定温度値を表わす信号として与える第２の制御装
   置とを備えて構成するようにしたことを特徴とする燃料
   電池発電システム。
2. （２）電解質層を挾んで燃料極および酸化剤極の一対の
   電極を配置すると共に、前記燃料極に燃料を供給しまた
   前記酸化剤極に酸化剤を供給して、このとき起こる電気
   化学的反応により前記両電極間から電気エネルギーを取
   り出す燃料電池と、この燃料電池の燃料極出口側ライン
   を介して排出される排気燃料の一部を分岐し再循環ブロ
   ワを介して前記燃料極の入口側ラインへ再循環させるよ
   うに構成された再循環ラインと、前記燃料極の入口側ラ
   イン上に設けられ冷却媒体により冷却された燃料からそ
   の中の水分を分離して排出する気水分離器と、前記冷却
   媒体を供給するライン上に設けられ当該ラインを通過す
   る冷却媒体量を調節する制御弁と、前記気水分離器を流
   通する燃料の温度を検出する温度検出器と、この温度検
   出器により検出された温度を設定温度値と比較しかつこ
   の比較結果に基づいて前記制御弁の弁開度を制御する第
   １の制御装置とからなる燃料電池発電システムにおいて
   、前記燃料極の入口側ライン上に設けられ当該ラインを
   流れる燃料の流量を検出する第１の流量検出器と、前記
   再循環ライン上に設けられ当該ラインを流れる排気燃料
   の流量を検出する第２の流量検出器と、上記第１および
   第２の流量検出器により検出された流量信号と前記燃料
   電池の電気負荷レベルに対応する負荷信号とを用いて関
   数演算を行ない、かつこの演算信号を前記第１の制御装
   置に対してその設定温度値を表わす信号として与える第
   ２の制御装置を備えて構成するようにしたことを特徴と
   する燃料電池発電システム。
3. （３）特許請求の範囲第１項および第２項に記載される
   燃料電池発電システムにおいて、燃料電池の電気負荷レ
   ベルに対応する負荷信号としては、電池の設定電流値信
   号あるいは測定電流値信号を用いることを特徴とする燃
   料電池発電システム。