JPS62222571A - Fuel cell power generating plant - Google Patents

Fuel cell power generating plant

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JPS62222571A
JPS62222571A JP61064716A JP6471686A JPS62222571A JP S62222571 A JPS62222571 A JP S62222571A JP 61064716 A JP61064716 A JP 61064716A JP 6471686 A JP6471686 A JP 6471686A JP S62222571 A JPS62222571 A JP S62222571A
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JP
Japan
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flow rate
electrode
fuel
control valve
line
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Application number
JP61064716A
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Japanese (ja)
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Teruo Makabe
真壁 輝男
Takashi Amamiya
隆 雨宮
Yasushi Fukuda
泰志 福田
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Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To keep oxygen concentration in an oxidizing agent or hydrogen concentration in fuel in a specified range to operate a plant by comparing a flow rate detected with a flow rate detector with a setting flow rate, and controlling the opening of a flow rate control valve. CONSTITUTION:When a load 26 varies, oxygen concentration in an oxidizing agent electrode outlet gas varies. In a control circuit 35, a converter 32 receives a load setting value signal (measured value signal) 26, and converts a load signal into a flow rate signal based on a function which specifies the relation of perviously set recycle flow rate and the load so that cell voltage is in a stable range. The deviation of the flow rate signal from an actual flow rate signal sent from a flow rate detector 28 is calculated with an adder 33, and the obtained signal is converted into an opening signal with an adjustor 24 and inputted into a flow rate control valve 27 to operate a valve. As a result, recycle flow rate is controlled in an optimum value. by controlling the flow rate in the recycling line, power generation is performed with steady cell performance retained, and exhaust gas in each electrode outlet is efficiently utilized.

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、り丈イ
クルラインにおCプる電池出口排ガスの流量を調節し得
るようにした燃料電池発電システムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly, to a fuel cell power generation system in which the flow rate of exhaust gas at the outlet of a battery that is fed into a long cycle line can be adjusted. Regarding the system.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近年、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換するものとして燃料電池発電システムが知ら
れている。この燃料電池発電システムは通常、電解質を
挟んで一対の多孔質電極を配置して燃料電池を構成する
と共に、一方の電極の背面に水素などの燃料を接触させ
、また他方の電極の背面に酸素などの酸化剤を接触させ
、このとぎ起こる電気化学的反応を利用して、上記電極
間から電気エネルギーを取出すようにしたものでおり、
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。
In recent years, fuel cell power generation systems have become known as systems that directly convert energy contained in fuel into electrical energy. This fuel cell power generation system usually consists of a pair of porous electrodes arranged with an electrolyte in between, and a fuel such as hydrogen is brought into contact with the back of one electrode, and oxygen is brought into contact with the back of the other electrode. It is designed to extract electrical energy from between the electrodes by bringing an oxidizing agent such as, and utilizing the electrochemical reaction that occurs.
As long as the above fuel and oxidizer are supplied, electrical energy can be extracted with high conversion efficiency.

第3図は、この種の代表的な燃料電池発電システムの基
本的構成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燃料1とスチーム
供給器2からのスチームが、夫々燃料制御弁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程度となるように制御されて燃料改質装置5内
の改質接触チューブ6に導入される。ここで、スチーム
と燃料1は500〜600℃程度まで加熱されて改質反
応を行ない、次に変成器7を経て水素含有率の高い改質
燃料となる。この水素含有率が高くなった改質燃料は、
燃料ガス気水分難器8に送られて改質で余剰であったス
チームを除却した後、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11の燃料極11Aへ
は改質燃料制御弁12により、夫々流量が制御されて送
られる。
FIG. 3 shows the basic configuration of a typical fuel cell power generation system of this type. In the figure, natural gas,
Alternatively, the fuel 1 made of fossil fuel such as coal gas and the steam from the steam supply device 2 are controlled by the fuel control valve 3 and the steam control valve 4, respectively, so that the mixing molar ratio of steam and carbon is about 3 to 5. It is controlled and introduced into the reforming contact tube 6 in the fuel reformer 5. Here, the steam and fuel 1 are heated to about 500 to 600°C to perform a reforming reaction, and then pass through the shift converter 7 to become reformed fuel with a high hydrogen content. This reformed fuel with a high hydrogen content is
After being sent to the fuel gas steam/water densifier 8 to remove surplus steam from reforming, the reformed fuel is sent to the auxiliary burner 9 via the auxiliary burner fuel control valve 10 and to the fuel electrode 11A of the fuel cell 11. The control valve 12 controls the flow rate and sends the respective fluids.

燃料電池11の燃料極11Aへ流入した改質燃料は、酸
化剤(〜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11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、前述の燃料改質装置5のメインバーナ13の燃
料として送られるが、この途中においてガス中水分の回
収を行なうため気水分1iSIl器16を通過する。
The reformed fuel that has flowed into the fuel electrode 11A of the fuel cell 11 undergoes a catalytic reaction with the air flowing into the oxidizer (~11B), and as a result, a portion of the fuel is consumed and electrical energy and water produced by the reaction are generated. The fuel exhaust gas that exits the fuel electrode 11A and contains a portion of the reaction product water produced in the fuel cell 11 is sent as fuel to the main burner 13 of the fuel reformer 5 described above. On the way, the gas passes through a steam/moisture ISIl device 16 in order to recover moisture in the gas.

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。ざらに、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
19の駆動用の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19のタービン19Aを駆動する。
The fuel exhaust gas sent to the main burner 13 is burned in the fuel reformer 5, heats the reforming catalyst tube 6, and is then discharged as high-temperature exhaust gas 17. Roughly, after combining with the air exhaust gas sent from the oxidizer electrode 11B of the fuel cell 11, it is sent to the mixer 18 and used as part of the energy for driving the turbo compressor 19. On the other hand, the reformed fuel sent to the auxiliary burner 9 is combusted within the auxiliary burner 9, and the combustion gas passes through the mixer 18 to drive the turbine 19A of the turbo compressor 19.

一方、上記タービン19Aに連結して駆動されるコンプ
レッサ193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21により空燃比をti制御して送られると
共に、空気制御弁22により燃料電池11の酸化剤極1
1Bへ送られ、余剰分はターボコンプレッサ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に送られた空気の一部は、上記燃料J111
Aの水素と反応して消費された後、酸化剤極11B内で
生成した水分を含んで排出される。この排出された空気
排気ガスは、燃F31排気ガスと同様に空気排気ガス気
水分離器25により、空気排気ガス中のスチーム分を一
部復水した後に上記燃料改質装置5からの高温排ガス1
7と合流する。
On the other hand, the discharge air of the compressor 193 connected to and driven by the turbine 19A is sent to the auxiliary burner 9 and the main burner 13 with the air-fuel ratio controlled by ti by the auxiliary burner air control valve 20 and the main burner air control valve 21, respectively. At the same time, the air control valve 22 controls the oxidizer electrode 1 of the fuel cell 11.
1B, and the surplus is sent to the mixer 18 as part of the energy for driving the turbo compressor 19. A part of the air sent to the oxidizer electrode 11B is
After it is consumed by reacting with the hydrogen of A, it is discharged containing the moisture generated in the oxidizer electrode 11B. This discharged air exhaust gas is partially condensed in the air exhaust gas steam/water separator 25 in the same manner as the fuel F31 exhaust gas, and then is converted into high-temperature exhaust gas from the fuel reformer 5. 1
Join up with 7.

燃料電池11は上述したように、燃料極11A内の水素
と酸化剤極11B内の酸素との触媒反応によって酸化剤
極tiBが正極(カソード)、燃料極11Aが負極(ア
ノード)となるように、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に当
該電気エネルギーを供給する。
As described above, in the fuel cell 11, the oxidizer electrode tiB becomes a positive electrode (cathode) and the fuel electrode 11A becomes a negative electrode (anode) through a catalytic reaction between hydrogen in the fuel electrode 11A and oxygen in the oxidizer electrode 11B. , generates electrical energy and supplies the electrical energy to an electrical load 26 connected between both electrodes 11A and 118.

この際、電気負荷26により吸収された電流値に略比例
して、両N極11A、113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11^、11B出口より排出
されることになる。
At this time, the hydrogen and oxygen supplied to both N poles 11A and 113 react in approximately proportion to the current value absorbed by the electric load 26, and reaction product water is obtained, and water containing this steam is produced. The reactant gas will be discharged from the exits of both electrodes 11^ and 11B.

一方、燃料極11Aの出口からは、再循環ライン(リサ
イクルライン)14が分岐され、燃料排ガスの一部はリ
サイクルブロア15を経て、燃料極11Aの入口ライン
に戻される。同様にして酸化剤極11Bの出口からは、
再循環ライン(リサイクルライン)23が分岐され、空
気排ガスの一部はリサイクルブロア24を経て、酸化剤
極11Bの入口ラインに戻される。また一般的にリサイ
クルライン中に設けられたリサイクルブロアは定回転・
定吐出流量で運転される。
On the other hand, a recirculation line (recycle line) 14 is branched from the outlet of the fuel electrode 11A, and a portion of the fuel exhaust gas is returned to the inlet line of the fuel electrode 11A via a recycle blower 15. Similarly, from the outlet of the oxidizer electrode 11B,
A recirculation line (recycle line) 23 is branched, and a portion of the air exhaust gas passes through a recycle blower 24 and is returned to the inlet line of the oxidizer electrode 11B. In addition, the recycling blower installed in the recycling line generally operates at a constant rotation speed.
Operated at constant discharge flow rate.

これら両極のリサイクルラインは、電池反応後の未反応
ガスを循環して再利用する目的で設(プられ、燃料ガス
及び空気を有効に使用するという効果をもつものである
。改質燃料を得るために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ζができるため、改質燃料を可
能な限り有効に使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但をできるだけ多量に確
保するのが良い。またターボコンプレッサ19の駆動エ
ネルギーを節約するためには、同様にしてリサイクルラ
イン23に分岐する排空気リサイクル量をできるだけ多
量に確保してターボコンプレッサ19より供給される空
気の必要量を低く押えるのが望ましい。
These recycle lines at both poles are designed to circulate and reuse the unreacted gas after the cell reaction, and have the effect of effectively using fuel gas and air.Obtaining reformed fuel If the thermal energy of the fuel reformer 5 required for this can be saved, the energy efficiency of the entire fuel cell power generation system can be increased. In addition, in order to save the driving energy of the turbo compressor 19, it is better to secure as much recycled air as possible to branch to the recycle line 23. It is desirable to keep the required amount of air supplied by compressor 19 low.

しかしながら第3図に示されるような従来からのリサイ
クルラインの構成においては次のような問題があった。
However, the conventional recycling line configuration as shown in FIG. 3 has the following problems.

例えば酸化剤極側のリサイクルラインについて説明する
For example, the recycle line on the oxidizer electrode side will be explained.

電池酸化剤極11Bでは電気負荷26に与えられる電気
負荷量に相当する酸素量が消費されるために酸化剤極出
口排ガス中の酸素濃度は酸化剤極入口ガス中の酸素濃度
よりも低くなっている。リサイクルはこの酸素濃度の低
い排ガスの一部をリサイクルライン23を通して酸化剤
極入口配管に再循環するために、リサイクルラインと合
流後の酸化剤極入口配管中の酸素濃度は、酸化剤極流量
調節弁22から供給される酸化剤中の酸素濃度よりも低
くなる。このため酸化剤極流量調節弁22から供給する
酸化剤をできるだけ少なくし、リサイクルライン23を
流れる電池排ガス伍を多量にとることにより電池未反応
ガスを有効に利用しようとすると、リサイクルライン2
3と合流後の酸化剤極入口に至る配管中の酸素濃度は非
常に低くなる場合が生じる。
In the battery oxidizer electrode 11B, an amount of oxygen corresponding to the electrical load applied to the electrical load 26 is consumed, so that the oxygen concentration in the oxidizer electrode outlet exhaust gas becomes lower than the oxygen concentration in the oxidizer electrode inlet gas. There is. In order to recycle a part of this exhaust gas with a low oxygen concentration to the oxidizer electrode inlet pipe through the recycle line 23, the oxygen concentration in the oxidizer electrode inlet pipe after merging with the recycle line is adjusted by adjusting the oxidizer electrode flow rate. The oxygen concentration is lower than the oxygen concentration in the oxidizing agent supplied from the valve 22. Therefore, if we try to effectively utilize the unreacted battery gas by reducing the oxidizing agent supplied from the oxidizing agent extreme flow control valve 22 and taking a large amount of the battery exhaust gas flowing through the recycling line 23, the recycle line 23
The oxygen concentration in the pipe leading to the oxidizing agent electrode inlet after merging with No. 3 may become extremely low.

ところで、燃料電池は、電気負荷■が大きいほど端子電
圧が低下するという電圧垂下特性を有していることは一
般に良く知られている。一方同じ電気負荷量に対しては
、酸化剤中の酸素濃度が上昇すると電極の反応面に供給
される酸素量が増すために電池電圧は上昇し、また逆に
酸化剤中の酸素濃度がおる限度レベル以下に低下すると
、電極の反応面に供給される酸化母が減るために電池電
圧は下降するという特性を有する。従って電池負荷mが
大きい、ある領域においては、酸素濃度があるレベル以
下になると電圧が低下し過ぎて安定した発電が不可能と
なってしまうことがありうる。
By the way, it is generally well known that a fuel cell has a voltage drooping characteristic in which the terminal voltage decreases as the electric load (1) increases. On the other hand, for the same electrical load, when the oxygen concentration in the oxidizer increases, the amount of oxygen supplied to the reaction surface of the electrode increases, so the battery voltage increases, and conversely, the oxygen concentration in the oxidizer decreases. When the voltage drops below the limit level, the battery voltage has a characteristic of decreasing because the oxidizing mother supplied to the reaction surface of the electrode decreases. Therefore, in a certain region where the battery load m is large, if the oxygen concentration falls below a certain level, the voltage may drop too much and stable power generation may become impossible.

またこの逆に電気負荷量が小さいある領域では、酸素8
!度が高い場合に電池を構成する単位セルの電圧がある
一定の値を超えて高くなり過ぎ、この結果電極面に担持
しである触媒の活性化を劣化させしめる恐れがあると言
われている。
Conversely, in certain areas where the electrical load is small, oxygen
! It is said that when the temperature is high, the voltage of the unit cells that make up the battery becomes too high, exceeding a certain value, and as a result, the activation of the catalyst supported on the electrode surface may deteriorate. .

このため、電気負荷量のレベルによっては酸化剤極入口
ガス中の酸素濃度をある範囲、つまり電池電圧が低下し
過ぎたり、また単位セル当りの電圧がある一定の値を超
えて高くなり過ぎないような適正な範囲にするようにリ
サイクルライン23を流れる酸化材極出ロ排ガス量を調
節しなければならない。
Therefore, depending on the level of electrical load, the oxygen concentration in the oxidizer electrode inlet gas can be kept within a certain range, that is, the battery voltage will not drop too much, and the voltage per unit cell will not become too high beyond a certain value. The amount of oxidizing material exhaust gas flowing through the recycle line 23 must be adjusted so that it falls within an appropriate range.

しかしながら従来からの第3図に示されるようなリサイ
クルラインの構成においては、定回転・定吐出流量で駆
動されるリサイクルブロア24を用いるリサイクルライ
ン方式が一般的に用いられているために、酸化剤極出口
の排ガス配管から分岐されてリサイクルライン23を流
れるガスの流量は、電池の負荷量にかかわらず一定であ
り、このため前述したような適切なリサイクルラインガ
ス流量の調節が行なわれないという問題があった。
However, in the conventional recycle line configuration as shown in FIG. The flow rate of the gas branched from the exhaust gas pipe at the pole outlet and flowing through the recycle line 23 is constant regardless of the load amount of the battery, and therefore, the above-mentioned problem is that the appropriate recycle line gas flow rate cannot be adjusted. was there.

一方燃料極側のリサイクルライン14の構成においても
同様の考え方からリサイクルライン14を流れる燃料極
出口排ガス配管から分岐される排ガスの流量の適切な調
節が必要であるにもかかわらず従来の定回転・定吐出流
量で駆動されるリサイクルブロア15を用いるリサイク
ル方式においてはリサイクル流量が電気負荷量にかかね
らず一定となってしまうことから、酸化剤極側と同様の
問題が生じることが予想される。
On the other hand, in the configuration of the recycle line 14 on the fuel electrode side, based on the same concept, it is necessary to appropriately adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the recycle line 14 and branched from the fuel electrode outlet exhaust gas pipe. In the recycling method using the recycle blower 15 driven at a constant discharge flow rate, the recycle flow rate remains constant regardless of the electrical load, so it is expected that the same problem as the oxidizer electrode side will occur. .

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、電気負荷量の全領域にわたり、
リサイクルライン合流後の酸化剤極または燃料極大口配
管中を流れる酸化剤中の酸素濃度または燃料中の水素y
A度をある一定の範囲で運転することができるように、
そのときの電気負荷量に応じてリサイクルラインを流れ
るガスの流量を調節し、その結果として安定した電池特
性を維持して発電を行なうことができ、かつ効率よく各
電極出口排ガスを利用できるような燃料電池発電システ
ムを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to cover the entire range of electrical loads,
Oxygen concentration in the oxidizer or hydrogen in the fuel flowing through the oxidizer electrode or fuel maximum port pipe after joining the recycle line
To be able to drive within a certain range of A degrees,
The flow rate of gas flowing through the recycle line is adjusted according to the electrical load at that time, and as a result, it is possible to maintain stable battery characteristics and generate electricity, and the exhaust gas at the outlet of each electrode can be used efficiently. Our objective is to provide a fuel cell power generation system.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

電解質層を挟んで燃料極及び酸化剤極の一対の電極を配
置して成る電池セルを複数個積層して成り、かつ前記燃
料極に燃料を接触させると共に、酸化剤極に空気などの
酸化剤を接触させてこのとき起る電気化学的反応を利用
して前記電極間から直流出力を取り出す燃料電池スタッ
クと、燃料極または酸化剤極の少なくとも一方の電極出
口排ガス配管を介して排出される電極出口排ガスの一部
を分岐し再循環ブロワを介して夫々対応した電極入口側
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
から構成される燃料電池発電プラントにおいて、前記再
循環ライン上に設けられた流量調節弁と、同じく再循環
ライン上に設けられ当該ラインを流通するガスの流量を
検出する流量検出器と、この流量検出器により検出され
た流最値を設定流量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制御装置とを備える
ことにより、電気負荷量に応じてリサイクルラインを流
れるガスの流量を調節することができるように工夫した
ことを特徴とする。
A battery cell is constructed by stacking a plurality of battery cells in which a pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode, are arranged with an electrolyte layer in between, and a fuel is brought into contact with the fuel electrode, and an oxidizer such as air is placed in the oxidizer electrode. A fuel cell stack that extracts DC output from between the electrodes by making use of the electrochemical reaction that occurs when the electrodes are in contact with each other, and an electrode that is discharged through an electrode outlet exhaust gas piping of at least one of the fuel electrode and the oxidizer electrode. In a fuel cell power generation plant comprising a recirculation line configured to branch off a part of the outlet exhaust gas and recirculate it to the respective electrode inlet side lines via a recirculation blower, A flow control valve provided therein, a flow rate detector which is also provided on the recirculation line and detects the flow rate of gas flowing through the line, and a maximum flow value detected by this flow rate detector are compared with a set flow rate value. and a control device that controls the valve opening of the control valve based on the comparison result, so that the flow rate of gas flowing through the recycle line can be adjusted according to the amount of electrical load. Features.

(発明の実施例〕 (構成) 以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。第1図は本
発明の実施例を承り燃料電池発電システムの構成図であ
る。第1図には酸化剤極側のリサイクルラインのみを記
したが、燃料極側の構成も全く同じものとなる。以下本
文では酸化剤極側のリサイクルラインを例にとり説明を
行なう。なお第1図において第3図と同じ作用をする・
bのについては同一符号としたので説明は省略する。
(Embodiments of the invention) (Structure) The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings. Fig. 1 is a block diagram of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the invention. Fig. 1 shows an oxidizing agent. Although only the recycle line on the pole side is shown, the configuration on the fuel pole side is also exactly the same.In the text below, we will explain the recycle line on the oxidizer pole side as an example.Note that Figure 1 is the same as Figure 3. to act/
Components b are given the same reference numerals, so their explanation will be omitted.

第1図が第3図と異なっている点は、リサイクルライン
23中に流量検出器28と、流量調節弁27とを設け、
さらに制御装置35を設けていることである。
The difference between FIG. 1 and FIG. 3 is that a flow rate detector 28 and a flow rate control valve 27 are provided in the recycle line 23.
Furthermore, a control device 35 is provided.

流量検出器28は、酸化剤極出口排ガスから分岐され、
リサイクルライン23を通り酸化剤極入口配管に戻され
るガスの流量を測定する機能を有し、また流量調節弁2
7はその弁開度に応じてリサイクルライン23を通り酸
化剤極入口配管に戻されるガスの流aを調節する機能を
有する。
The flow rate detector 28 is branched from the oxidizer pole outlet exhaust gas,
It has a function to measure the flow rate of gas that passes through the recycle line 23 and is returned to the oxidizer electrode inlet pipe, and also has a function to measure the flow rate of the gas returned to the oxidizer electrode inlet pipe.
7 has a function of adjusting the flow a of gas that passes through the recycle line 23 and is returned to the oxidizer electrode inlet pipe according to the opening degree of the valve.

また制御回路35は次のような構成を有している。Further, the control circuit 35 has the following configuration.

電気負荷信号26を受けた変換器32は、あらかじめ設
定されているところの電気負荷量に応じてリサイクル流
量の目標値をスケジュール的に定めた関数に従って電気
負荷量@26を設定流量信号に変換する。この設定流量
信号を受けた加算器33は、流量検出器28からの実流
組信号と設定流量信号との流量偏差を求める。そして、
この流量偏差信号を受けた調節部34がこの流量偏差に
見合う流量調節弁の開度信号を出力し、これを流量調節
弁27に与える構成となっている。
The converter 32 that receives the electric load signal 26 converts the electric load @26 into a set flow signal according to a function that schedules a target value of the recycle flow rate according to a preset electric load amount. . The adder 33 that receives this set flow rate signal determines the flow rate deviation between the actual flow set signal from the flow rate detector 28 and the set flow rate signal. and,
The adjustment section 34 that receives this flow rate deviation signal outputs a flow rate control valve opening signal corresponding to this flow rate deviation, and provides this to the flow rate control valve 27.

(作用) 以上述べた第1図の構成において、本発明は次のように
作用する。本燃料電池発電システムの運転状態において
、電気負荷が変化すると電池酸化剤極出口ガス中の酸素
濃度が変化し、電池電圧が変化するが、制御回路35に
おいて、この電気負荷量の設定値信号(または測定値信
号)26を受けた変換器32においては電池電圧特性を
安定な範囲とするようあらかじめ設定されたリサイクル
流量と電気負荷量の関係を定める関数に従って電気負荷
量信号を流量信号に変換する。この流量信qと流量検出
器28からの実際の流量信号との偏差を加算器33で算
出し、これを調節部34で開度信号に変換し、これを流
量調節弁27に与え弁を動作させる。
(Operation) In the configuration shown in FIG. 1 described above, the present invention operates as follows. In the operating state of this fuel cell power generation system, when the electrical load changes, the oxygen concentration in the cell oxidizer electrode outlet gas changes, and the cell voltage changes. In the converter 32 that receives the measured value signal) 26, the electrical load amount signal is converted into a flow rate signal according to a function that determines the relationship between the recycling flow rate and the electrical load amount, which is set in advance so that the battery voltage characteristics are within a stable range. . The adder 33 calculates the deviation between this flow rate signal q and the actual flow rate signal from the flow rate detector 28, converts this into an opening signal in the adjustment section 34, and gives this to the flow rate control valve 27 to operate the valve. let

この結果リサイクル流量は適切な値に制御される。As a result, the recycle flow rate is controlled to an appropriate value.

たとえば、いま電池の電気負荷が何らかの理由で急増し
た場合を例にとると、もしリサイクル流量が不変のまま
であれば、電池出口より分岐されるリサイクル排ガス中
の酸素濃度が低下するので、電池入口側に循環されて酸
化剤極流量調節弁22ラインより供給される空気と合流
された後の酸化剤ガス中の酸素濃度も低下するでおろう
。しかしながら第1図に示したような本発明の構成にお
いては、変換器32のへカー出力関数を適切に選ぶこと
により、電気負荷の急増に対応して変換器32からはリ
サイクル設定流量を低下させるような流量設定信号が出
力され、ただちに流量制御弁27の開度を減少させるよ
うに働くであろう。この結果リサイクルラインを循環す
るガス流量は減少するので、酸化剤極流量調節弁22ラ
インより供給される空気と合流して電池入口に導入され
る酸化剤ガス中の酸素濃度の低下があるレベルに抑制さ
れることになる。これによって酸素濃度の低下に起因す
る電池電圧の低下もある適正な範囲にとどめることがで
きる。
For example, if the electrical load on the battery suddenly increases for some reason, if the recycling flow rate remains unchanged, the oxygen concentration in the recycled exhaust gas branched from the battery outlet will decrease, and The oxygen concentration in the oxidant gas after it is circulated to the side and combined with the air supplied from the oxidant extreme flow control valve 22 line will also decrease. However, in the configuration of the present invention as shown in FIG. 1, by appropriately selecting the heker output function of the converter 32, the set recycle flow rate from the converter 32 is reduced in response to a sudden increase in electrical load. A flow setting signal such as this will be outputted and will immediately work to reduce the opening degree of the flow control valve 27. As a result, the flow rate of gas circulating through the recycle line decreases, so that the oxygen concentration in the oxidant gas, which joins the air supplied from the oxidizer polar flow control valve 22 line and is introduced into the cell inlet, drops to a certain level. It will be suppressed. As a result, a decrease in battery voltage due to a decrease in oxygen concentration can be kept within a certain appropriate range.

(効果) このような作用により、電気負荷量に応じてあらかじめ
設定した流量レベルにリサイクルするガスの流量を調節
することが可能となり、これによって電池酸化剤極入口
配管を流れるガス中の酸素濃度を電池が安定した電圧状
態で発電できるように調節することが可能となる。これ
により電池特性を悪化させること無く電極出口排ガスを
最大限に有効利用できることになる。
(Effect) This action makes it possible to adjust the flow rate of recycled gas to a preset flow rate level according to the electrical load, thereby reducing the oxygen concentration in the gas flowing through the battery oxidizer electrode inlet pipe. It becomes possible to adjust the battery so that it can generate electricity in a stable voltage state. This makes it possible to utilize the exhaust gas at the electrode outlet to the maximum extent possible without deteriorating the battery characteristics.

以上第1図による説明では、酸化剤極側のリサイクルラ
インを例として用いたが、本発明の主旨は燃お1極側の
り1ノ′イクルラインについても全く同様に適用するこ
とができる。
In the above description with reference to FIG. 1, the recycle line on the oxidizer electrode side was used as an example, but the gist of the present invention can be applied in exactly the same way to the 1-noise cycle line on the oxidizer electrode side.

〔本発明の他の実施例〕[Other embodiments of the present invention]

第2図は本発明の他の実施例による燃料電池発電システ
ムを示したもので、第1図と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。
FIG. 2 shows a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG.

ただし第2図においては、以下説明上の混同を避けるた
めに流量調節弁27を第一の流量調節弁と称し、また制
御装置35を第一の制御装置と称する。
However, in FIG. 2, the flow rate control valve 27 will be referred to as a first flow rate control valve, and the control device 35 will be referred to as a first control device in order to avoid confusion in the following description.

第2図において第1図と異なる点は、新たにリサイクル
ブロアの人出口の圧力差を測定する差圧検出器31、お
よびブロア24吐出側のリサイクルライン23から分岐
し、第二の′a量調節弁30を設け、かつその出口側が
ブロア24の吸入側ラインに通じるよう構成されたライ
ン29(以降ミニ70−ラインと称す)を設け、さらに
これらを調節するものとして差圧設定器38と加算器3
7と調節部36で構成される第二の制御回路39を設け
たことである。差圧設定器38はブロア24が正常に動
作するに適当な差圧を設定するものである。この差圧設
定値信号を受けた加算器37は、差圧検出°器31から
の実際の差圧信号と差圧設定器信号との間の差圧偏差を
求め、これを調節部36へ出力する。そしてこの差圧偏
差信号を受けた調節部36はこの差圧偏差に見合う第二
の流量調節弁の開度信号を出力しこれを第二の流量調節
弁30に与えるよう動作するものである。
The difference between FIG. 2 and FIG. 1 is that there is a new differential pressure detector 31 that measures the pressure difference at the outlet of the recycle blower, and a second 'a amount branched from the recycle line 23 on the discharge side of the blower 24. A control valve 30 is provided, and a line 29 (hereinafter referred to as the mini 70-line) whose outlet side is configured to communicate with the suction side line of the blower 24 is provided, and a differential pressure setting device 38 is added to adjust these. Vessel 3
7 and an adjustment section 36 are provided. The differential pressure setting device 38 sets an appropriate differential pressure for the blower 24 to operate normally. The adder 37 that receives this differential pressure set value signal determines the differential pressure deviation between the actual differential pressure signal from the differential pressure detector 31 and the differential pressure setter signal, and outputs this to the adjustment section 36. do. Upon receiving this differential pressure deviation signal, the adjusting section 36 operates to output an opening degree signal of the second flow rate regulating valve corresponding to this differential pressure deviation and applying this to the second flow rate regulating valve 30.

次に本例の作用について説明する。第一の流量調節弁2
7及び第二の制御装置35の作用は第1図の場合と同じ
でおる。ところが第1図の場合においては、第一の流量
調節弁の開閉調節によってブロア24の吐出側圧力が大
きく変動するために、第一の流量調節弁両端に加わる圧
力差が変動してこれが過度になる場合には弁開度による
流量制御の精度及び追従性を低下させる原因となり得る
。従って第2図においては、リサイクル流量の調節をよ
り良い精度で行なえるよう工夫している。
Next, the operation of this example will be explained. First flow control valve 2
7 and the second control device 35 are the same as in FIG. However, in the case of FIG. 1, the pressure on the discharge side of the blower 24 fluctuates greatly due to the opening/closing adjustment of the first flow rate control valve, so the pressure difference applied to both ends of the first flow rate control valve fluctuates and this becomes excessive. In this case, the accuracy and followability of flow rate control based on the valve opening degree may be reduced. Therefore, in FIG. 2, an attempt is made to adjust the recycle flow rate with better accuracy.

すなわら第二の制御回路39においては、差圧設定器3
8によってあらかじめ、ブロアを運転するのに適当な差
圧に設定された差圧信号と、第一の流量調節弁を開閉し
たことによって変化したブロア入出口の圧力差を差圧検
出器31で測定した実際の圧力差の信号との偏差を加算
器37で算出し、これを調節部36で開度信号に変換し
、これを第二の流ω調節弁30に与え弁を動作させ、第
一の流量調節弁で変化したガス流量を第二の流量調節弁
を通しブロア入口にバイパスさせることによってブロア
の人出口の圧力差をある一定の値に調節する。これによ
り、第一の流量調節弁27の上流側の圧力を一定に保つ
ことができるので、第一の流量調節弁によるリサイクル
流量の調節が精度よく行なえる。
That is, in the second control circuit 39, the differential pressure setting device 3
The differential pressure detector 31 measures the differential pressure signal set in advance to a differential pressure suitable for operating the blower by step 8, and the pressure difference between the input and outlet of the blower that changes due to opening and closing of the first flow control valve. The adder 37 calculates the deviation from the actual pressure difference signal, and the adjustment section 36 converts this into an opening signal, which is applied to the second flow ω control valve 30 to operate the valve. By bypassing the gas flow rate changed by the second flow rate control valve to the blower inlet through the second flow rate control valve, the pressure difference at the air outlet of the blower is adjusted to a certain constant value. Thereby, the pressure on the upstream side of the first flow rate control valve 27 can be kept constant, so that the recycle flow rate can be accurately controlled by the first flow rate control valve.

このような作用により電気負荷量に応じてあらかじめ設
定した流量レベルにリサイクルするガスの流量を調節す
ることが可能となり、これによって電池酸化剤極入口配
管を流れるガス中の酸素濃度を電池が安定した電圧状態
で発電できるように調節することが可能となる。これに
より電池特性を悪化させること無く電極出口排ガスを最
大限に有効利用できることになる。
This action makes it possible to adjust the flow rate of recycled gas to a preset flow rate level according to the electrical load, and this allows the battery to stabilize the oxygen concentration in the gas flowing through the battery oxidizer electrode inlet pipe. It becomes possible to adjust the voltage so that it can generate electricity. This makes it possible to utilize the exhaust gas at the electrode outlet to the maximum extent possible without deteriorating the battery characteristics.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明を構成したので次のような発
明の効果を期待することができる。すなわちリサイクル
の流量を電池の電気負荷量の関数であらかじめ設定した
とおりに調節することによって、電気負荷量の仝領域に
わたり電極入口配管中を流れるガスの酸素や水素の′c
i度をある範囲に収めることができるので、電池特性を
良好に保って安定した発電を可能とし、かつリサイクル
による電池未反応ガスを最大限に利用することできるよ
うな燃料電池発電システムを提供することができる。
Since the present invention is configured as described above, the following effects of the invention can be expected. That is, by adjusting the recycling flow rate in a preset manner as a function of the electrical load of the battery, the concentration of oxygen and hydrogen in the gases flowing in the electrode inlet piping can be reduced over a range of electrical loads.
To provide a fuel cell power generation system capable of keeping the i degree within a certain range, thereby enabling stable power generation by maintaining good battery characteristics, and making maximum use of battery unreacted gas by recycling. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す燃料電池発電システムの
配管構成図、第2図は本発明の他の実施例を示す燃料電
池発電システムの配管構成図、第3図は従来の燃料電池
発電システムの構成を示す主要配管構成図である。 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・・・
燃料改質装置  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
   10・・・同上燃料制御弁11・・・燃料電池 
   11A・・・燃料極11B・・・酸化剤極   
12・・・改質器燃料制御弁13・・・メインバーナ 
 14・・・リサイクルライン15・・・リサイクルブ
ロア 16・・・気水分離器17・・・高温排ガス  
 18・・・混合器19・・・ターボコンプレッサ 1
9A・・・タービン19B・・・コンプレッサ 20.
21.22・・・空気制御弁23・・・リサイクルライ
ン 24・・・リサイクルブロア25・・・気水分離器
   26・・・電気負荷27・・・第一の流量調節弁
 28・・・流量検出器29・・・ミニフローライン 
30・・・第二の流量調節弁31・・・差圧検出器  
 32・・・変換器33・・・加算器     34・
・・調節部35・・・第一の制御装置 36・・・調節
部37・・・加算器     38・・・差圧設定器3
9・・・第二の制御装置 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  三俣弘文
FIG. 1 is a piping configuration diagram of a fuel cell power generation system showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a piping configuration diagram of a fuel cell power generation system showing another embodiment of the invention, and FIG. 3 is a diagram of a conventional fuel cell power generation system. FIG. 2 is a main piping configuration diagram showing the configuration of the power generation system. 1...Raw fuel 2...Steam supply device 3.
...Raw fuel control valve 4...Steam control valve 5...
Fuel reformer 6... Reforming catalyst tube 7... Shift converter 8... Steam-water separator 9... Auxiliary burner 10... Fuel control valve 11... Fuel cell
11A... Fuel electrode 11B... Oxidizer electrode
12...Reformer fuel control valve 13...Main burner
14... Recycle line 15... Recycle blower 16... Steam water separator 17... High temperature exhaust gas
18...Mixer 19...Turbo compressor 1
9A...Turbine 19B...Compressor 20.
21.22...Air control valve 23...Recycle line 24...Recycle blower 25...Steam water separator 26...Electric load 27...First flow rate control valve 28...Flow rate Detector 29...Mini flow line
30...Second flow rate control valve 31...Differential pressure detector
32...Converter 33...Adder 34.
... Adjustment section 35 ... First control device 36 ... Adjustment section 37 ... Adder 38 ... Differential pressure setting device 3
9...Second control device agent Patent attorney Nori Chika Yudo Hirofumi Mitsumata

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電解質層を挟んで燃料極及び酸化剤極の一対の電
極を配置して成る電池セルを複数個積層して成り、かつ
前記燃料極に燃料を接触させると共に、酸化剤極に空気
などの酸化剤を接触させてこのとき起る電気化学的反応
を利用して前記電極間から直流出力を取り出す燃料電池
スタックと、燃料極または酸化剤極の少なくとも一方の
電極出口排ガス配管を介して排出される電極出口排ガス
の一部を分岐し再循環ブロワを介して夫々対応した電極
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
インとから構成される燃料電池発電プラントにおいて、 前記再循環ライン上に設けられた流量調節弁と、同じく
再循環ライン上に設けられ当該ラインを流通するガスの
流量を検出する流量検出器と、この流量検出器により検
出された流量値を設定流量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制御装置とを
備えてなることを特徴とする燃料電池発電プラント。
(1) A plurality of battery cells are stacked in which a pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode, are arranged with an electrolyte layer in between, and the fuel is brought into contact with the fuel electrode, and air is placed in the oxidizer electrode. A fuel cell stack that extracts DC output from between the electrodes by making use of the electrochemical reaction that occurs when the oxidizing agent of and a recirculation line configured to branch a part of the electrode outlet exhaust gas and recirculate it to the corresponding electrode inlet side line via a recirculation blower. A flow rate control valve provided on the line, a flow rate detector also provided on the recirculation line to detect the flow rate of gas flowing through the line, and the flow rate value detected by this flow rate detector as the set flow rate value. A fuel cell power generation plant comprising: a control device that compares and controls the valve opening of the control valve based on the comparison result.
(2)電解質層を挟んで燃料極及び酸化剤極の一対の電
極を配置して成る電池セルを複数個積層して成り、かつ
前記燃料極に燃料を接触させると共に、酸化剤極に空気
などの酸化剤を接触させてこのとき起る電気化学的反応
を利用して前記電極間から直流出力を取り出す燃料電池
スタックと、燃料極または酸化剤極の少なくとも一方の
電極出口排ガス配管を介して排出される電極出口排ガス
の一部を分岐し再循環ブロワを介して夫々対応した電極
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
インとから構成される燃料電池発電プラントにおいて、 前記再循環ライン上に設けられた第1の流量調節弁と、
同じく再循環ライン上に設けられ当該ラインを流通する
ガス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を設定流量値と比較しかつこの比
較結果に基づいて前記第1の制御弁の弁開度を制御する
第1の制御装置とを備え、 さらに前記再循環ブロワの吐出口側から分岐して吸入口
側に接続するバイパスラインと、このバイパスライン上
に設けらた第2の流量調節弁と、前記再循環ブロワの入
出口間の圧力差を検出する差圧検出器と、この差圧検出
器により検出された検出差圧値を設定差圧値と比較しか
つこの比較結果に基づいて前記第2の流量調節弁の弁開
度を制御する第2の制御装置とを備えてなることを特徴
とする燃料電池発電プラント。
(2) A plurality of battery cells are stacked in which a pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode are arranged with an electrolyte layer in between, and the fuel is brought into contact with the fuel electrode, and the oxidizer electrode is exposed to air, etc. A fuel cell stack that extracts DC output from between the electrodes by making use of the electrochemical reaction that occurs when the oxidizing agent of and a recirculation line configured to branch a part of the electrode outlet exhaust gas and recirculate it to the corresponding electrode inlet side line via a recirculation blower. a first flow control valve provided on the line;
A flow rate detector is also provided on the recirculation line and detects the flow rate of gas flowing through the line, and the flow rate value detected by this flow rate detector is compared with a set flow rate value, and based on the comparison result, the above-mentioned a first control device that controls the opening degree of the first control valve; and a bypass line that branches from the discharge port side of the recirculation blower and connects to the suction port side; a second flow rate control valve; a differential pressure detector that detects a pressure difference between the inlet and the outlet of the recirculation blower; and a differential pressure value detected by the differential pressure detector is compared with a set differential pressure value. A fuel cell power generation plant comprising: a second control device that controls the opening degree of the second flow rate regulating valve based on the comparison result.
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