JPS63119164A - Fuel cell generating system - Google Patents

Fuel cell generating system

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JPS63119164A
JPS63119164A JP61265039A JP26503986A JPS63119164A JP S63119164 A JPS63119164 A JP S63119164A JP 61265039 A JP61265039 A JP 61265039A JP 26503986 A JP26503986 A JP 26503986A JP S63119164 A JPS63119164 A JP S63119164A
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Japan
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fuel
combustion
temperature
flow rate
gas temperature
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JP61265039A
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Japanese (ja)
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Toshihiro Yamada
利広 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • 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
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Abstract

PURPOSE:To prevent an incomplete combustion and a thermal fatigue of a reformer tube, by increasing the air flow fed to the burner of a combustion chamber by a correction amount arithmetic means, when the combustion gas temperature of a fuel reformer device is detected to exceed the upper limit value, so as to increase the excessive rate of the air. CONSTITUTION:When the combustion gas temperature g of a fuel reforming device 1 exceeds the combustion gas temperature upper limit value f, the temperature deflection value h is made positive. Depending on the value of h, a correction arithmetic unit 13 computes a positive correction amount i, and by adding the correction amount i to a preset flow b output from a set flow arithmetic unit 9, the correction set flow j is obtained. Depending on a flow deflection d resulting from the comparison of the set flow j and the air flow c, a control unit 11 outputs an opening instruction e to control an air flow control valve 8, and the flow of the combustion air 7 fed to the fuel reforming device 1 is increased.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は燃料電池と燃料改質装置とを備えて構成される
燃料電池発電システムに係り、特に燃料改質装置での燃
焼室における不完全燃焼を回避すると同時に、燃焼温度
の異常な上昇による改質管の熱疲労を防止し得るように
した燃料電池発電システムに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a fuel cell power generation system comprising a fuel cell and a fuel reformer, and particularly relates to a fuel cell power generation system comprising a fuel cell and a fuel reformer. The present invention relates to a fuel cell power generation system that avoids incomplete combustion in a combustion chamber and at the same time prevents thermal fatigue of reforming tubes due to an abnormal rise in combustion temperature.

(従来の技術) 従来、燃料の有している化学的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が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質層を挟んで燃料極およ
び酸化剤極の一対の電極を配置すると共に、燃料極に燃
料ガスを供給しまた酸化剤極に酸化剤ガスを供給し、こ
のとき起こる電気化学的反応を利用して上記両電極間か
ら電気エネルギーを取出すようにしたものであり、」1
記燃料ガスと酸化剤ガス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
(Prior Art) Fuel cells are conventionally known as devices that directly convert chemical energy contained in fuel into electrical energy. This fuel cell normally has a pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode, with an electrolyte layer in between, and supplies fuel gas to the fuel electrode and oxidizer gas to the oxidizer electrode, and the electricity generated at this time. Electrical energy is extracted from between the two electrodes using a chemical reaction.
Electrical energy can be extracted with high conversion efficiency as long as the fuel gas and oxidant gas are supplied.

さて、現在考えられている燃料電池としては、ヒドラジ
ンを燃料とする燃料電池、アルカリ水溶液電解質、リン
酸水溶液電解質を電解質とする燃料電池があるが、この
うちリン酸水溶液電解質を電解質とするリン酸形の燃料
電池は、改質ガスを使用できることから一般的な使用が
可能であり、産業用または発電事業用として使用されつ
つある。
Now, fuel cells currently being considered include fuel cells using hydrazine as fuel, alkaline aqueous electrolyte, and phosphoric acid aqueous electrolyte as the electrolyte. Fuel cells of this type can be used in general because they can use reformed gas, and are increasingly being used for industrial or power generation purposes.

そしてこの種の燃料電池は、その燃料ガスである水素を
多く含んだ改質ガスを得るための燃料改質装置を備え、
この燃料改質装置で得られた改質ガ。
This type of fuel cell is equipped with a fuel reformer to obtain the fuel gas, a reformed gas containing a large amount of hydrogen.
Reformed gas obtained with this fuel reformer.

スを燃料ガスとして燃料電池の燃料極に導入し。The gas is introduced into the fuel electrode of the fuel cell as a fuel gas.

電気化学的反応後に燃料極から排出される排ガスを」1
記燃料改質装置の燃焼用燃料として再び回収するように
燃料電池発電システムを構成していることが多い。
Exhaust gas discharged from the fuel electrode after electrochemical reaction"1
Fuel cell power generation systems are often configured so that the fuel is recovered again as fuel for combustion in the fuel reformer.

第3図は、かかる燃料電池発電システムの構成例を示し
たものである。第3図において、1は内部に改質触媒層
が設けられた図示しない改質管の内側に水蒸気が混合さ
れた原燃料2としてのメタンを導入すると共に、上記改
質管の外側に燃焼用燃料6および燃焼用空気7を燃焼室
の図示しないバーナで燃焼して得られた高温燃焼ガスを
流通させることにより、上記原燃料2を改質して水素を
多く含む改質ガス3を生成する燃料改質装置である。ま
た、5は上記燃料改質装置1で得られた改質ガス3を、
燃料流量制御弁4を介し燃料ガスとして燃料極に、また
空気を酸化剤ガスとして酸化剤極に夫々導入し、このと
き起こる電気化学的反応により両電極間から電気エネル
ギーを取出す燃料電池である。そして、上記燃料電池5
での発電に使用されずに燃料極がら排出される燃料ガス
を、燃焼用燃料として上記燃料改質装置1のバーナへ回
収するようにしている。
FIG. 3 shows an example of the configuration of such a fuel cell power generation system. In FIG. 3, reference numeral 1 introduces methane as a raw fuel 2 mixed with water vapor into the inside of a reforming tube (not shown), which is provided with a reforming catalyst layer inside, and also introduces methane as raw fuel 2 into the outside of the reforming tube. The raw fuel 2 is reformed to generate a reformed gas 3 containing a large amount of hydrogen by circulating the high temperature combustion gas obtained by burning the fuel 6 and the combustion air 7 in a burner (not shown) in the combustion chamber. It is a fuel reformer. In addition, 5 refers to the reformed gas 3 obtained in the fuel reformer 1,
This is a fuel cell in which fuel gas is introduced into the fuel electrode through the fuel flow control valve 4, and air is introduced into the oxidizer electrode as oxidizer gas, and electrical energy is extracted from between the two electrodes through the electrochemical reaction that occurs. Then, the fuel cell 5
The fuel gas discharged from the fuel electrode without being used for power generation is recovered to the burner of the fuel reformer 1 as combustion fuel.

一方、上記燃焼用空気7は燃焼用空気の供給ライン」二
に設けられた空気流量制御弁8により、その流星を調節
して」1記燃料改質装置1のバーナへ供給するようにし
ている。すなわちこの空気流量制御弁8は、上記燃料電
池5の電池出力aを基に設定流量演算器9により算出さ
れた燃焼用空気の設定流fskbと、流量検出器10に
より検出された空気流mcとの流量偏差dに基づいて、
調節器11が開度指令eを上記空気流量制御弁8に与え
てその弁開度を調節することにより制御されるようにな
っている。
On the other hand, the combustion air 7 is supplied to the burner of the fuel reformer 1 by controlling its meteor flow by an air flow control valve 8 provided in the combustion air supply line ``2''. . That is, the air flow control valve 8 is configured to control the combustion air set flow fskb calculated by the set flow rate calculator 9 based on the cell output a of the fuel cell 5, and the air flow mc detected by the flow rate detector 10. Based on the flow rate deviation d of
The controller 11 gives an opening command e to the air flow rate control valve 8 to control the valve opening.

しかしながら、このような従来の燃料電池発電システム
においては、燃料改質装置1における燃焼室での燃焼状
態とは無関係に燃焼用空気7を制御していることから、
場合によっては不完全燃焼を起こすという問題がある。
However, in such a conventional fuel cell power generation system, the combustion air 7 is controlled regardless of the combustion state in the combustion chamber of the fuel reformer 1.
In some cases, there is a problem of incomplete combustion.

以下、この点について第4図を用いて詳述する。This point will be explained in detail below using FIG. 4.

すなわち第4図は、燃料改質装置1において燃焼用空気
7を一定にした場合の、燃焼用燃料6の流量と燃焼温度
との関係を示したものである。第4図において、燃焼温
度はある点までは完全燃焼するため上昇するが、不完全
燃焼を起こすと降下し始める。これは燃焼温度が、燃料
流量をFf。
That is, FIG. 4 shows the relationship between the flow rate of the combustion fuel 6 and the combustion temperature when the combustion air 7 is kept constant in the fuel reformer 1. In FIG. 4, the combustion temperature increases until a certain point due to complete combustion, but begins to decrease when incomplete combustion occurs. This means that the combustion temperature and fuel flow rate are Ff.

空気流量をFa、燃料の比熱をCpf、空気の比熱をC
pa、実際に燃焼した燃料流量をF、fa、燃料の発熱
量をHuとした場合に、下記の式で表わされることによ
るものである。
Air flow rate is Fa, specific heat of fuel is Cpf, specific heat of air is C
This is because it is expressed by the following equation, where pa is the flow rate of the actually burned fuel, F is fa, and Hu is the calorific value of the fuel.

すなわち、完全燃焼の場合にはF fe= F rとい
う関係から、燃料tLm F fを増やせば燃焼温度は
上昇するが、不完全燃焼を起こすと実際に燃焼する燃料
流量はある値よりも増えないため、燃料流量Ffをいく
ら増やしても燃焼温度は」1昇せずに降下するのみとな
る。また第3図において、完全燃焼領域と不完全燃焼領
域との境界付近では燃焼温度が非常に高くなり、このこ
とにより燃料改質装置1での改質管の熱疲労が大きくな
って、燃料電池発電システムを保護する立場から好まし
くない。
In other words, in the case of complete combustion, due to the relationship F fe = F r, increasing the fuel tLm F f will increase the combustion temperature, but if incomplete combustion occurs, the flow rate of fuel actually combusted will not increase beyond a certain value. Therefore, no matter how much the fuel flow rate Ff is increased, the combustion temperature does not increase by 1 but only decreases. In addition, in FIG. 3, the combustion temperature becomes extremely high near the boundary between the complete combustion region and the incomplete combustion region, which increases the thermal fatigue of the reforming tube in the fuel reformer 1, causing the fuel cell This is not desirable from the standpoint of protecting the power generation system.

(発明が解決しようとする問題点) 以」二のように、従来の燃料電池発電システムにおいて
は、燃料電池の出力のみに基づいて、燃料改質装置への
燃焼用空気流量の設定値を決定していることから、燃料
改質装置での不完全燃焼および改質管の熱疲労に対して
、十分な抑制能力が無いという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, in conventional fuel cell power generation systems, the set value of the combustion air flow rate to the fuel reformer is determined based only on the output of the fuel cell. Therefore, there was a problem that there was no sufficient ability to suppress incomplete combustion in the fuel reformer and thermal fatigue of the reformer tube.

本発明は上述のような問題を解決するために成されたも
ので、その1」的は空気過剰率を適切な値に調節して燃
料改質装置の燃焼室を良好な燃焼状態に維持し、燃料改
質装置での燃焼室における不完全燃焼を回避すると同時
に、燃焼温度の異常な]1昇による改質管の熱疲労を防
止することが可能な信頼性の高い燃料電池発電システム
を提供することにある。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and the first objective is to maintain the combustion chamber of a fuel reformer in a good combustion state by adjusting the excess air ratio to an appropriate value. , provides a highly reliable fuel cell power generation system that can avoid incomplete combustion in the combustion chamber of a fuel reformer and at the same time prevent thermal fatigue of the reformer tube due to an abnormal rise in combustion temperature. It's about doing.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、内部に改質触
媒層が設けられた改質管の内側に水蒸気が混合された原
燃料を導入すると共に、」二足改質管の外側に燃焼用燃
料および燃焼用空気を燃焼室のバーナで燃焼して11)
られた高温燃焼ガスを流通さぜることにより改質ガスを
生成する燃料改質装置と、この燃料改質装置で得られた
改質ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸化剤ガスを酸
化剤極に夫々導入し、このとき起こる電気化学的反応に
より両電極間から電気エネルギーを取出す燃料電池とを
備えて構成され、上記燃料電池の燃料極から排出される
排ガスを上記燃料改質装置の燃焼用燃料として回収する
ようにした燃料電池発電システムにおいて、」1記燃料
改質装置の燃焼ガス温度を燃焼ガス温度上限値と比較し
、その結果燃焼ガス温度が燃焼ガス温度上限値よりも高
くなったことを条件に、上記燃料改質装置における燃焼
室のバーナに供給される燃焼用空気または燃焼用燃料の
流量を、不完全燃焼および改質管の熱疲労を防止するべ
く補正するための補正量演算手段を備えるようにしたこ
とを特徴とするものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides raw fuel mixed with water vapor inside a reforming tube in which a reforming catalyst layer is provided. At the same time, combustion fuel and combustion air are burned on the outside of the two-legged reforming tube with a burner in the combustion chamber.11)
A fuel reformer generates reformed gas by circulating high-temperature combustion gas, and the reformed gas obtained in this fuel reformer is used as a fuel gas to be supplied to a fuel electrode, and the oxidizing gas is used as an oxidizing agent. and a fuel cell that extracts electrical energy from between the two electrodes through an electrochemical reaction that occurs, and the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell is used for combustion in the fuel reformer. In a fuel cell power generation system in which the fuel is recovered as fuel for use, the combustion gas temperature of the fuel reformer described in 1. is compared with the combustion gas temperature upper limit value, and as a result, the combustion gas temperature is higher than the combustion gas temperature upper limit value. Correction for correcting the flow rate of combustion air or combustion fuel supplied to the burner of the combustion chamber in the fuel reformer to prevent incomplete combustion and thermal fatigue of the reforming tube, on the condition that The present invention is characterized in that it includes a quantity calculation means.

(作用) 上述の燃料電池発電システムにおいては、燃料改質装置
の燃焼ガス温度が燃焼ガス温度−に限値よりも高くなっ
たこと、すなわち前述した不完全燃焼領域近傍における
燃焼ガス温度の」1昇が検出されると、補正量演算手段
により燃料改質装置における燃焼室のバーナに供給され
る流体の流量。
(Function) In the above-described fuel cell power generation system, when the combustion gas temperature of the fuel reformer becomes higher than the combustion gas temperature limit value, that is, the combustion gas temperature near the incomplete combustion region mentioned above becomes 1. When the increase is detected, the flow rate of the fluid supplied to the burner of the combustion chamber in the fuel reformer is determined by the correction amount calculation means.

例えば燃焼用空気の流量を増加させるように補正して空
気過剰率を高くすることにより、燃料改質装置での不完
全燃焼および改質管の熱疲労が防止されることになる。
For example, by correcting to increase the flow rate of combustion air to increase the excess air ratio, incomplete combustion in the fuel reformer and thermal fatigue of the reforming tubes can be prevented.

(実施例) 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。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明による燃料電池発電システムの構成例
をブロック的に示すもので、第3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。すなわち第1図は、前記燃料改質装
置1の燃焼ガス温度を検出する温度検出器12と、この
温度検出器12で検出された燃焼ガス温度gを燃焼ガス
温度−]二限値fと比較し、かつ燃焼ガス温度gが燃焼
ガス温度上限値fよりも高いことを条件にその比較結果
である温度偏差りに基づいて、前記設定流量すをより適
切な値とするための補正量iを算出する補正量演算器1
3とを第5図に付加し、この補正量演算器13により算
出される補正量iを、前記設定流量演算器9で算出され
た設定流Wbに合成することによって補正設定流量jを
得、さらにこの補正設定流量jと前記空気流mcとの比
較結果である流量偏差dを、前記調節器11への入力と
して与えるように構成したものである。
FIG. 1 shows in block form an example of the configuration of a fuel cell power generation system according to the present invention. The same parts as those in FIG. . That is, FIG. 1 shows a temperature detector 12 that detects the combustion gas temperature of the fuel reformer 1, and a comparison of the combustion gas temperature g detected by this temperature detector 12 with the combustion gas temperature -] two limit value f. Then, on the condition that the combustion gas temperature g is higher than the combustion gas temperature upper limit value f, based on the temperature deviation which is the comparison result, a correction amount i is determined to make the set flow rate S a more appropriate value. Calculating correction amount calculator 1
3 to FIG. 5, and by combining the correction amount i calculated by the correction amount calculator 13 with the setting flow Wb calculated by the set flow rate calculator 9, a corrected set flow rate j is obtained, Further, a flow rate deviation d, which is a comparison result between the corrected set flow rate j and the air flow mc, is provided as an input to the regulator 11.

ここで補正量演算器13は、例えば温度偏差りが正の場
合、すなわち燃焼ガス温度gが燃焼ガス温度上限値fよ
りも高くなった時には、その温度偏差りの大きさに応じ
た正の補正量iを算出して出力し、温度偏差りが負の場
合、すなわち燃焼ガス温度gが燃焼ガス温度上限値fよ
りも低い時には、補正量lを出力しないようにしている
ものである。
Here, for example, when the temperature deviation is positive, that is, when the combustion gas temperature g becomes higher than the combustion gas temperature upper limit value f, the correction amount calculator 13 calculates a positive correction according to the size of the temperature deviation. The amount i is calculated and output, and when the temperature deviation is negative, that is, when the combustion gas temperature g is lower than the combustion gas temperature upper limit f, the correction amount l is not output.

次に、かかる如く構成した燃料電池発電システムにおけ
る作用について説明する。
Next, the operation of the fuel cell power generation system configured as described above will be explained.

第1図において、まず燃料改質装置1の燃焼ガス温度g
が燃焼ガス温度」−限値fよりも高くなった時には、そ
の温度偏差りは正となる。すると、この温度偏差りの大
きさに基づいて補正量演算器13は正の補正量iを算出
出力し、この補正Miを本来の設定流量演算器9から出
力される設定流mbに加えることにより、補正された設
定流量すなわち補正設定流量jか得られる。そして、こ
の補正設定流量jと前記空気流fAcとの比較結果であ
る流量偏差dに基づいて、調節器11は開度指令eを出
力することから、上述の補正量iが加わった分だけ流量
偏差dが大きくなる。これにより、結果的に開度指令e
が大きくなって燃焼用空気7の流量cが増加し、空気過
剰率を高くすることによって不完全燃焼を回避し、同時
に燃焼ガス温度gが低下することによって改質管の熱疲
労を防止するように作用することになる。
In FIG. 1, first, the combustion gas temperature g of the fuel reformer 1 is
When becomes higher than the combustion gas temperature - limit value f, the temperature deviation becomes positive. Then, the correction amount calculator 13 calculates and outputs a positive correction amount i based on the magnitude of this temperature deviation, and adds this correction Mi to the set flow mb output from the original set flow rate calculator 9. , the corrected set flow rate, that is, the corrected set flow rate j is obtained. Then, based on the flow rate deviation d which is the comparison result between the correction set flow rate j and the air flow fAc, the regulator 11 outputs the opening command e, so that the flow rate is increased by the amount of the above-mentioned correction amount i. The deviation d increases. As a result, the opening command e
increases, the flow rate c of the combustion air 7 increases, and by increasing the excess air ratio, incomplete combustion is avoided, and at the same time, the combustion gas temperature g decreases, thereby preventing thermal fatigue of the reforming tube. It will affect.

」二連したように本実施例では、内部に改質触媒層が設
けられた改質管の内側に水蒸気か混合された原燃料2を
導入すると共に、」1記改質管の外側に燃焼用燃料6お
よび燃焼用空気7を燃焼室のバーナで燃焼して得られた
高温燃焼ガスを流通させることにより改質ガス3を生成
する燃料改質装置1と、この燃料改質装w1で得られた
改質ガス3を燃料ガスとして燃料極にまた酸化剤ガスを
酸化剤極に夫々導入し、このとき起こる電気化学的反応
により両電極間から電気エネルギーを取出す燃料電池5
とを備えて構成され、上記燃料電池5の燃料極から排出
される排ガスを上記燃料改質装置1の燃焼用燃料として
回収するようにした燃料電池発電システムにおいて、」
1記燃料改質装置1のバーナへ燃焼用空気7を供給する
ライン上に設けられた空気流量制御弁8と、上記燃料電
池5の出力aに基づいて燃焼用空気の設定流量すを算出
する設定流量演算器9と、上記燃料改質装置1の燃焼ガ
ス温度を検出する温度検出器12と、この温度検出器1
2で検出された燃焼ガス温度gを燃焼ガス温度上限値f
と比較し、かつ燃焼ガス温度gが燃焼ガス温度上限値f
よりも高いことを条件にその比較結果である温度偏差り
に応じて、上記燃料改質装置1での不完全燃焼および改
質管の熱疲労を防止するべく」二記設定流ff1bの補
正量iを算田する補正量演算器13と、上記設定流量演
算器9で算出された設定流ff1bと、上記補正量演算
器13で算出された補正量iとを合成し、かつこの合成
量と上記燃焼用空気供給ラインの燃焼用空気流meとを
比較して、この比較結果である流量偏差dに基づいて」
1記空気流量制御弁8の弁開度を調節する開度指令を出
力する調節器11からなる燃焼用空気流量制御手段とを
備えて構成するようにしたものである。
In this example, raw fuel 2 mixed with water vapor is introduced into the reforming tube in which a reforming catalyst layer is provided, and combustion is carried out outside the reforming tube described in 1. A fuel reformer 1 generates reformed gas 3 by circulating high-temperature combustion gas obtained by burning fuel 6 and combustion air 7 in a burner in a combustion chamber, and The reformed gas 3 is introduced into the fuel electrode as a fuel gas, and the oxidant gas is introduced into the oxidizer electrode, respectively, and electrical energy is extracted from between the two electrodes by the electrochemical reaction that occurs at this time.
In a fuel cell power generation system configured to include the following, exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell 5 is recovered as fuel for combustion in the fuel reformer 1,
1. Calculate the set flow rate of combustion air based on the air flow control valve 8 provided on the line that supplies combustion air 7 to the burner of the fuel reformer 1 and the output a of the fuel cell 5. a set flow rate calculator 9; a temperature detector 12 for detecting the combustion gas temperature of the fuel reformer 1;
Combustion gas temperature g detected in step 2 is set as combustion gas temperature upper limit f
and the combustion gas temperature g is the combustion gas temperature upper limit f
In order to prevent incomplete combustion in the fuel reformer 1 and thermal fatigue of the reforming tube, the correction amount of the set flow ff1b is determined according to the temperature deviation which is the comparison result on the condition that it is higher than the temperature deviation. The correction amount calculator 13 calculates i, combines the set flow ff1b calculated by the set flow rate calculator 9, and the correction amount i calculated by the correction amount calculator 13, and combines this combined amount with Compare the combustion air flow me of the combustion air supply line above, and based on the flow rate deviation d that is the result of this comparison.
1. Combustion air flow rate control means comprising a regulator 11 that outputs an opening degree command for adjusting the valve opening degree of the air flow rate control valve 8.

従って、燃焼ガス温度gと燃焼ガス温度上限値fとの温
度偏差りに基づいて、燃焼用空気の設定流ff1bが補
正されることにより、空気過剰率を適切な値に調節して
燃料改質装置1の燃焼室を良好な燃焼状態に維持し、燃
料改質装置1での燃焼室における不完全燃焼を回避する
と同時に、燃焼ガス温度gは燃焼ガス温度上限値f以下
となるように制御されるので、異常な上昇による改質管
の熱疲労を防止することが可能となる。
Therefore, the set flow rate ff1b of combustion air is corrected based on the temperature deviation between the combustion gas temperature g and the upper limit value f of the combustion gas temperature, thereby adjusting the excess air ratio to an appropriate value and reforming the fuel. While maintaining the combustion chamber of the device 1 in a good combustion state and avoiding incomplete combustion in the combustion chamber of the fuel reformer 1, the combustion gas temperature g is controlled to be below the combustion gas temperature upper limit value f. Therefore, it is possible to prevent thermal fatigue of the reforming tube due to abnormal rise.

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described above, but can also be implemented in the following manner.

第2図は、本発明の他の実施例による燃料電池発電シス
テムの構成例をブロック的に示すもので、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。すなわち第2図は、前
記燃料改質装置1の燃焼ガス温度を検出する温度検出器
12と、この温度検出器12で検出された燃焼ガス温度
gを燃焼ガス温度上限値fと比較し、かつ燃焼ガス温度
gが燃焼ガス温度上限値fよりも高いことを条件にその
比較結果である温度偏差りに基づいて、前記設定流量す
をより適切な値とするための補正量1を算出する補正量
演算器13と、前記燃料流量制御弁4に対する開度指令
kを出力する燃料流量制御装置14とを設け、」二足補
正量演算器13により算出される補正量lを、」1記燃
料流量制御装置14より出力される設定流ff1bから
減じることによって補正開度指令lを得、この補正開度
指令lを前記燃料流量制御弁4に与えることにより、燃
料電池5の燃料極への燃料ガス量、換言すれば燃料改質
装置1の燃焼室のバーナへの燃焼用燃料6の流量を制御
するように構成したものである。
FIG. 2 shows in block form an example of the configuration of a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. Only the different parts will be described. That is, FIG. 2 shows the temperature detector 12 that detects the combustion gas temperature of the fuel reformer 1, and the comparison of the combustion gas temperature g detected by this temperature detector 12 with the combustion gas temperature upper limit f, and Correction for calculating a correction amount 1 for setting the set flow rate S to a more appropriate value based on the temperature deviation which is the comparison result on the condition that the combustion gas temperature g is higher than the upper limit value f of the combustion gas temperature. A quantity calculator 13 and a fuel flow control device 14 that outputs an opening command k to the fuel flow control valve 4 are provided, and the correction amount l calculated by the two-legged correction amount calculator 13 is calculated as follows. By subtracting the set flow ff1b output from the flow rate control device 14, a corrected opening command l is obtained, and by giving this corrected opening command l to the fuel flow control valve 4, the fuel is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 5. It is configured to control the amount of gas, in other words, the flow rate of the combustion fuel 6 to the burner of the combustion chamber of the fuel reformer 1.

換言すれば、前述した第1図の実施例は補正量演算器1
3で算出された補正量1により、燃料改質装置1の燃焼
室のバーナへ供給される燃焼用空気7の設定流量すを補
正するようにしたものであるのに対して、第2図に示す
実施例では補正量演算器13で算出された補正量1によ
り、燃料改質装置1の燃焼室のバーナへ供給される燃焼
用燃料6を制御する燃料流量制御弁8の開度指令1(を
補正するようにしたものである。
In other words, the embodiment shown in FIG.
The set flow rate of the combustion air 7 supplied to the burner of the combustion chamber of the fuel reformer 1 is corrected by the correction amount 1 calculated in 3. In the embodiment shown, the correction amount 1 calculated by the correction amount calculator 13 is used to issue an opening command 1 ( It is designed to correct.

かかる第2図に示す燃料電池発電システムにおいても、
前述と同様の作用効果が得られるものである。すなわち
、本来の燃料流量制御装置14では図示しない改質管の
メタル温度を用いて燃料流量の設定値を補正しているが
、本実施例では改質管のメタル温度に比べて速い応答を
示し、かつ燃焼状態をより正確に表わす燃焼ガス温度を
用いて本来の開度指令kを補正するようにしていること
から、事前に燃料改質装置1ての燃焼室における不完全
燃焼を回避すると同時に、燃焼ガス温度gの上昇を抑制
して、異常な上昇による改質管の熱疲労を防止すること
が可能である。
Also in the fuel cell power generation system shown in FIG.
The same effects as described above can be obtained. That is, in the original fuel flow control device 14, the set value of the fuel flow rate is corrected using the metal temperature of the reformer tube (not shown), but in this embodiment, the response is faster than that of the metal temperature of the reformer tube. Since the original opening command k is corrected using the combustion gas temperature that more accurately represents the combustion state, it is possible to avoid incomplete combustion in the combustion chamber of the fuel reformer 1 in advance, and at the same time , it is possible to suppress the rise in combustion gas temperature g and prevent thermal fatigue of the reforming tube due to an abnormal rise.

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することかできるものである。
In addition, the present invention can be modified and implemented in various ways without changing the gist thereof.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、燃料改質装置の燃
焼ガス温度が燃焼ガス温度」−限値よりも高くなったこ
と、すなわち不完全燃焼領域近傍における燃焼ガス温度
の」−昇を検出検出したことを条件に、燃料改質装置に
おける燃焼室のバーナに供給される流体の流量を補正す
るようにしたので、空気過剰率を適切な値に調節して燃
料改質装置の燃焼室を良好な燃焼状態に維持し、燃料改
質装置での燃焼室における不完全燃焼を回避すると同時
に、燃焼温度の異常な」1昇による改質管の熱疲労を防
止す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。
As explained above, according to the present invention, it is detected that the combustion gas temperature of the fuel reformer has become higher than the combustion gas temperature limit value, that is, the combustion gas temperature has increased in the vicinity of the incomplete combustion region. Based on the detected condition, the flow rate of the fluid supplied to the burner of the combustion chamber in the fuel reformer is corrected, so the excess air ratio is adjusted to an appropriate value and the combustion chamber of the fuel reformer is adjusted. Extremely reliable, capable of maintaining good combustion conditions and avoiding incomplete combustion in the combustion chamber of the fuel reformer, while at the same time preventing thermal fatigue of the reformer tube due to an abnormal rise in combustion temperature. A fuel cell power generation system with high efficiency can be provided.

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

第1図は本発明による燃料電池発電システムの一実施例
を示ず構成ブロック図、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、第4図は燃焼用空気流量を
一定とした場合の。 燃焼用燃料流量と燃焼温度との関係を示す図である。 1・・・燃料改質装置、2・・・原燃料、4・・・燃料
流量制御装置ム・・・燃料電池、6・・・燃焼用燃料、
8・・・空気流量制御弁、9・・設定流量演算器、10
・・・流量検出器、11・・・調節器、12・・・温度
検出器、13・・・補正量演算器、14・・・燃料流量
制御装置。 出m1人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第3図 第4図
Fig. 1 is a block diagram showing one embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a block diagram showing a conventional fuel cell power generation system. The configuration block diagram shown in FIG. 4 is for a case where the combustion air flow rate is constant. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between combustion fuel flow rate and combustion temperature. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Fuel reformer, 2...Raw fuel, 4...Fuel flow rate control device...Fuel cell, 6...Combustion fuel,
8...Air flow rate control valve, 9...Setting flow rate calculator, 10
...Flow rate detector, 11...Adjuster, 12...Temperature detector, 13...Correction amount calculator, 14...Fuel flow rate control device. 1 representative Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 3 Figure 4

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)内部に改質触媒層が設けられた改質管の内側に水
蒸気が混合された原燃料を導入すると共に、前記改質管
の外側に燃焼用燃料および燃焼用空気を燃焼室のバーナ
で燃焼して得られた高温燃焼ガスを流通させることによ
り改質ガスを生成する燃料改質装置と、この燃料改質装
置で得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸
化剤ガスを酸化剤極に夫々導入し、このとき起こる電気
化学的反応により両電極間から電気エネルギーを取出す
燃料電池とを備えて構成され、前記燃料電池の燃料極か
ら排出される排ガスを前記燃料改質装置の燃焼用燃料と
して回収するようにした燃料電池発電システムにおいて
、前記燃料改質装置へ燃焼用空気を供給するライン上に
設けられた空気流量制御弁と、前記燃料電池の出力に基
づいて燃焼用空気の設定流量を算出する設定流量演算器
と、前記燃料改質装置の燃焼ガス温度を検出する温度検
出器と、この温度検出器で検出された燃焼ガス温度を燃
焼ガス温度上限値と比較し、かつ燃焼ガス温度が燃焼ガ
ス温度上限値よりも高いことを条件にその比較結果に応
じて、前記燃料改質装置での不完全燃焼および改質管の
熱疲労を防止するべく前記設定流量の補正量を算出する
補正量演算手段と、前記設定流量演算器で算出された設
定流量と、前記補正量演算手段で算出された補正量とを
合成し、かつこの合成量と前記燃焼用空気供給ラインの
燃焼用空気流量とを比較して、この比較結果に基づいて
前記空気流量制御弁の弁開度を調節する開度指令を出力
する燃焼用空気流量制御手段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。
(1) Raw fuel mixed with water vapor is introduced into the inside of the reforming tube, which has a reforming catalyst layer inside, and combustion fuel and combustion air are introduced to the outside of the reforming tube to the burner of the combustion chamber. A fuel reformer generates reformed gas by circulating high-temperature combustion gas obtained by combustion in is introduced into each oxidizer electrode, and electrical energy is extracted from between the two electrodes through an electrochemical reaction that occurs, and the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell is used to reform the fuel. In a fuel cell power generation system in which fuel is recovered as fuel for combustion in the device, an air flow control valve provided on a line that supplies combustion air to the fuel reformer and a combustion A set flow rate calculator that calculates a set flow rate of service air, a temperature detector that detects the combustion gas temperature of the fuel reformer, and a comparison of the combustion gas temperature detected by the temperature detector with a combustion gas temperature upper limit value. and, on the condition that the combustion gas temperature is higher than the combustion gas temperature upper limit value, the set flow rate is adjusted according to the comparison result in order to prevent incomplete combustion in the fuel reformer and thermal fatigue of the reforming tube. a correction amount calculation means for calculating a correction amount of the combustion air; and combustion air flow rate control means for comparing the flow rate of combustion air in the supply line and outputting an opening degree command for adjusting the valve opening degree of the air flow rate control valve based on the comparison result. A fuel cell power generation system characterized by:
(2)内部に改質触媒層が設けられた改質管の内側に水
蒸気が混合された原燃料を導入すると共に、前記改質管
の外側に燃焼用燃料および燃焼用空気を燃焼室のバーナ
で燃焼して得られた高温燃焼ガスを流通させることによ
り改質ガスを生成する燃料改質装置と、この燃料改質装
置で得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸
化剤ガスを酸化剤極に夫々導入し、このとき起こる電気
化学的反応により両電極間から電気エネルギーを取出す
燃料電池とを備えて構成され、前記燃料電池の燃料極か
ら排出される排ガスを前記燃料改質装置の燃焼用燃料と
して回収するようにした燃料電池発電システムにおいて
、前記燃料電池の燃料極へ燃料ガスを供給するライン上
に設けられた燃料流量制御弁と、この燃料流量制御弁に
対する開度指令を出力する燃料流量制御装置と、前記燃
料改質装置の燃焼ガス温度を検出する温度検出器と、こ
の温度検出器で検出された燃焼ガス温度を燃焼ガス温度
上限値と比較し、かつ燃焼ガス温度が燃焼ガス温度上限
値よりも高いことを条件にその比較結果に応じて、前記
燃料改質装置での不完全燃焼および改質管の熱疲労を防
止するべく前記開度指令の補正量を算出する補正量演算
手段と、前記燃料流量制御装置から出力される開度指令
と、前記補正量演算手段で算出された補正量とを合成し
、かつこの合成量を前記燃料流量制御弁の弁開度を調節
する最終的な開度指令として出力する燃焼用燃料流量制
御手段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) Introducing raw fuel mixed with water vapor into the inside of the reforming tube, which has a reforming catalyst layer inside, and supplying combustion fuel and combustion air to the outside of the reforming tube to the burner of the combustion chamber. A fuel reformer generates reformed gas by circulating high-temperature combustion gas obtained by combustion in is introduced into each oxidizer electrode, and electrical energy is extracted from between the two electrodes through an electrochemical reaction that occurs, and the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell is used to reform the fuel. In a fuel cell power generation system in which fuel is recovered as fuel for combustion in a device, a fuel flow control valve provided on a line that supplies fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell, and an opening command for the fuel flow control valve. a temperature detector that detects the combustion gas temperature of the fuel reformer; a temperature detector that compares the combustion gas temperature detected by the temperature sensor with an upper limit value of the combustion gas temperature; On the condition that the temperature is higher than the combustion gas temperature upper limit value, the correction amount of the opening command is adjusted according to the comparison result in order to prevent incomplete combustion in the fuel reformer and thermal fatigue of the reforming tube. The correction amount calculation means to calculate, the opening command output from the fuel flow control device, and the correction amount calculated by the correction amount calculation means are combined, and this combined amount is applied to the valve of the fuel flow control valve. 1. A fuel cell power generation system comprising: combustion fuel flow rate control means for outputting a final opening command for adjusting an opening.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007265854A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system and its control method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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