JPS63146367A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPS63146367A JPS63146367A JP61291967A JP29196786A JPS63146367A JP S63146367 A JPS63146367 A JP S63146367A JP 61291967 A JP61291967 A JP 61291967A JP 29196786 A JP29196786 A JP 29196786A JP S63146367 A JPS63146367 A JP S63146367A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、水素に富む改質ガスを生成する燃料改質器と
、前記改質ガスを燃料ガスとする燃料電池とを組み合わ
せてなる燃料電池光１ｉ装置に係り、特に燃料改質器の
改質触媒の温度制御に関する。
、前記改質ガスを燃料ガスとする燃料電池とを組み合わ
せてなる燃料電池光１ｉ装置に係り、特に燃料改質器の
改質触媒の温度制御に関する。
燃料改質器と燃料電池とを組合わせてなる燃料電池発電
装置は第４図に示す構成からなるものが知られている。 第４図において改質器１にはケース状の炉体ｌＯの上部
にバーナ２と°炉体１０内に気化器５と反応器３とが配
設されており、アルコールのような液体燃料等からなる
改質原料は改質原料タンク３１から供給ポンプ３２によ
り気化器５に供給されている。そして気化器５を通流す
る改質原料はバーナ２での燃料の燃焼による燃焼熱によ
り気化されて気化ガスとなり、この気化ガスは改質触媒
を充填した反応器３にて燃焼熱により過熱されて水素に
冨んだ改質ガスとなり、管路３３を経て燃料電池３０に
反応ガスとしての燃料ガスとして供給される。 燃料電池３０には反応ガスとしての酸化剤ガス、例えば
空気が管路３５を経て供給され、燃料ガスとともに電池
内にて電気化学反応をし、残余の空気は管路３９から排
出される。一方電気化学反応終了後燃料ガス中にはなお
未反応水素を含有しているので燃料電池から排出する燃
料ガス （以下オフガスという）を管路３４を経てバー
ナ２に供給し、燃料改質器１の燃料としている。なお図
示しない液体燃料供給源からバーナ２に至るポンプ１３
を備えた管路１５が配設されており、必要に応じてポン
プ！３により液体燃料をバーナ２に供給し、オフガスの
補完をするようにしている。この液体燃料とオフガスの
燃焼に必要な燃焼空気はブロワ９により燃焼空気供給管
路１６を経てバーナ２に供給される。 なおバーナ２で燃焼した燃焼ガスは燃料改質器１内を流
れ、ダクト１２力ラ外部に排出される。 このような構成により、燃料改質器１からの改質ガスと
空気との供給により燃料電池３ｏで発電した電気は回！
３６に設けられた負荷３７に供給される。 この場合改質ガスは反応器内に充填された改質触媒から
なる触媒層により改質原料を水素に富むガスに改質して
得られるが、触媒層の温度は適正な活性温度範囲に保持
する必要がある。 このため、従来の燃料電池発電装置では、改質触媒４の
温度を検出する熱電対のような温度検出器６を反応器３
に配し、この検出温度により改質触媒の温度を活性温度
範囲になるように液体燃料と燃焼空気との流量を制御し
ている、例えばポンプ１３とブロワ９とを制御する調節
器８を設け、改質触媒の温度を制御している。すなわち
、改質触媒の温度が設定された所定温度より低下゛すれ
ば調節器８からの出力信号によりポンプ１３を駆動して
液体燃料をバーナ２に送液して燃焼し、燃焼熱を増加さ
せて改質触媒の温度を上昇させている。また改質触媒の
温度が所定温度より増加すれば調節器８の出力信号によ
りブロワ９の回転数を増加させて燃焼空気を所定の空燃
比より増加して改質触媒の温度を低下させている０以上
のような制御により改質触媒の温度は活性温度範囲に保
持される。 第５図は上記の改質触媒の温度制御を示すグラフであり
、Ｐは改質触媒温度、Ｑは負荷電流、Ｒはオフガス流量
、Ｓは液体燃料量、Ｔは燃焼空気量の時間経過を、縦軸
に改質触媒温度（℃）、負荷電流（＾）、オフガス流量
（ｓ’／ｈ）、液体燃料供給量（ｓ２／ｈ）、燃焼空気
量（＋ｗ’／ｈ）を、横軸に時間をとって示している６
図に基づいてさらに改質触媒の制御経過について説明す
る。燃料電池発電装置を運転する時にはまず燃料改質器
を運転する。すなわち燃料改質器の反応器の改質温度を
室温より活性温度まで昇温するために液体燃料のみをポ
ンプ１３によりＳ、を、また燃焼空気量をブロワ９によ
りＴ−をバーナ２に供給して燃焼させる。そしてこの燃
焼熱により触媒温度を活性温度にまで昇温させる。触媒
温度が活性温度になれば改質原料３１をポンプ３２によ
り燃料改質器１に供給する。改質原料３１は燃焼熱によ
り気化器５にて気化した後反応器３で水素に富むガスに
改質して改質ガスとなる。この時点では負荷電流が零の
ためオフガス量はＲ１になり最も多い、したがってバー
ナ２ではこの多いオフガス量が燃焼されるため触媒温度
は最高のＰｌまで上昇する。そして燃料電池が発電を開
始してＩＬ荷に必要とする電流を送電し、負荷電流がＱ
Ｉになるとオフガス量はＲ３からＲ２に低下し、Ｒ８の
オフガス量がバーナ２に送られ、液体燃料の供給が停止
されてオフガスのみの燃焼により反応器３を過熱して触
媒温度はＰｔになる。 なお燃焼空気量は液体燃料とオフガスとの混焼時はそれ
ぞれの所定の空燃比によるＴ８が、オフガスのみの燃焼
時には所定の空燃比によるＴ、がそれぞれ供給される。 ところで改質原料の改質反応は吸熱反応であるため、改
質に必要なエネルギーよりオフガスの燃焼エネルギーが
小さい場合、さらに燃料改質器からの放熱などにより触
媒温度が低下する。したがって、このような場合温度検
出器６により改質触媒の温度を検出して調節器８に入力
し、改質触媒の活性温度範囲内の所定温度と比較し、検
出温度がＰ、に達したらポンプ１３を起動して必要とす
る液体燃料量をパルス状に一定時間Ｓ２にして供給し、
オフガス量のＲ８とともにバーナで燃焼する。 このため触媒温度はＰｉから一時的に低下した後上昇す
る。なおこの時の燃焼空気量は液体燃料量の３８に応じ
た所定の空燃比による燃焼空気量を増加したＴ４にする
。 また、逆に触媒温度が所定温度により上昇してＲ４にな
れば調節器８の出力信号によりプロワ９の回転数をパル
ス状に一定時間増加して燃焼空気量をＴｓにする。この
燃焼空気量の増加によりバーナでの燃焼熱は低下するの
で触媒温度が低下する。このようにして触媒温度を検出
してパルス状の一定時間の液体燃料の供給と燃焼空気の
増量により触媒温度を適正な活性温度範囲に保持する。 しかしながら、このような改質触媒の温度制御方式では
触媒温度が低下した場合には液体燃料を一定時間補給し
て、オフガスとの混焼を行ない、燃焼空気も液体燃料に
相当する分だけ増加して触媒温度を上昇し、また触媒温
度が上昇した場合にはオフガスに対する所定の空燃比よ
り余分の燃焼空気を供給して反応器を冷却して触媒温度
を低下している。したがって燃焼空気の増加により外部
への排熱量が増加するとともにプロワの消費電力も増加
するため、発１１ ！ｊｉ置としての熱効率を低下させ
るという問題がある。 さらに液体燃料としてアルコール類を用いた場合にその
燃焼排気ガスに関して最も問題となるのは、未燃アルコ
ールとその中間酸化物であるアルデヒドの排出である。 すなわち未燃アルコールとアルデヒドが燃焼排気ガスに
含まれて大気に放出されることにより環境面において無
視できない問題があり、この問題を根本的に解決するに
は、まだ困難な技術的問題がある。しかし有害物の放出
をより少なくするためには空燃比をできるだけ理論空燃
比に近づける必要がある。ところが前述のようにバーナ
で液体燃料とオフガスとを混焼させる場合、それぞれの
燃料に対する理想的な空燃比に制御することは困難であ
るため前述のような環境に悪影響を与えるという問題が
ある。
装置は第４図に示す構成からなるものが知られている。 第４図において改質器１にはケース状の炉体ｌＯの上部
にバーナ２と°炉体１０内に気化器５と反応器３とが配
設されており、アルコールのような液体燃料等からなる
改質原料は改質原料タンク３１から供給ポンプ３２によ
り気化器５に供給されている。そして気化器５を通流す
る改質原料はバーナ２での燃料の燃焼による燃焼熱によ
り気化されて気化ガスとなり、この気化ガスは改質触媒
を充填した反応器３にて燃焼熱により過熱されて水素に
冨んだ改質ガスとなり、管路３３を経て燃料電池３０に
反応ガスとしての燃料ガスとして供給される。 燃料電池３０には反応ガスとしての酸化剤ガス、例えば
空気が管路３５を経て供給され、燃料ガスとともに電池
内にて電気化学反応をし、残余の空気は管路３９から排
出される。一方電気化学反応終了後燃料ガス中にはなお
未反応水素を含有しているので燃料電池から排出する燃
料ガス （以下オフガスという）を管路３４を経てバー
ナ２に供給し、燃料改質器１の燃料としている。なお図
示しない液体燃料供給源からバーナ２に至るポンプ１３
を備えた管路１５が配設されており、必要に応じてポン
プ！３により液体燃料をバーナ２に供給し、オフガスの
補完をするようにしている。この液体燃料とオフガスの
燃焼に必要な燃焼空気はブロワ９により燃焼空気供給管
路１６を経てバーナ２に供給される。 なおバーナ２で燃焼した燃焼ガスは燃料改質器１内を流
れ、ダクト１２力ラ外部に排出される。 このような構成により、燃料改質器１からの改質ガスと
空気との供給により燃料電池３ｏで発電した電気は回！
３６に設けられた負荷３７に供給される。 この場合改質ガスは反応器内に充填された改質触媒から
なる触媒層により改質原料を水素に富むガスに改質して
得られるが、触媒層の温度は適正な活性温度範囲に保持
する必要がある。 このため、従来の燃料電池発電装置では、改質触媒４の
温度を検出する熱電対のような温度検出器６を反応器３
に配し、この検出温度により改質触媒の温度を活性温度
範囲になるように液体燃料と燃焼空気との流量を制御し
ている、例えばポンプ１３とブロワ９とを制御する調節
器８を設け、改質触媒の温度を制御している。すなわち
、改質触媒の温度が設定された所定温度より低下゛すれ
ば調節器８からの出力信号によりポンプ１３を駆動して
液体燃料をバーナ２に送液して燃焼し、燃焼熱を増加さ
せて改質触媒の温度を上昇させている。また改質触媒の
温度が所定温度より増加すれば調節器８の出力信号によ
りブロワ９の回転数を増加させて燃焼空気を所定の空燃
比より増加して改質触媒の温度を低下させている０以上
のような制御により改質触媒の温度は活性温度範囲に保
持される。 第５図は上記の改質触媒の温度制御を示すグラフであり
、Ｐは改質触媒温度、Ｑは負荷電流、Ｒはオフガス流量
、Ｓは液体燃料量、Ｔは燃焼空気量の時間経過を、縦軸
に改質触媒温度（℃）、負荷電流（＾）、オフガス流量
（ｓ’／ｈ）、液体燃料供給量（ｓ２／ｈ）、燃焼空気
量（＋ｗ’／ｈ）を、横軸に時間をとって示している６
図に基づいてさらに改質触媒の制御経過について説明す
る。燃料電池発電装置を運転する時にはまず燃料改質器
を運転する。すなわち燃料改質器の反応器の改質温度を
室温より活性温度まで昇温するために液体燃料のみをポ
ンプ１３によりＳ、を、また燃焼空気量をブロワ９によ
りＴ−をバーナ２に供給して燃焼させる。そしてこの燃
焼熱により触媒温度を活性温度にまで昇温させる。触媒
温度が活性温度になれば改質原料３１をポンプ３２によ
り燃料改質器１に供給する。改質原料３１は燃焼熱によ
り気化器５にて気化した後反応器３で水素に富むガスに
改質して改質ガスとなる。この時点では負荷電流が零の
ためオフガス量はＲ１になり最も多い、したがってバー
ナ２ではこの多いオフガス量が燃焼されるため触媒温度
は最高のＰｌまで上昇する。そして燃料電池が発電を開
始してＩＬ荷に必要とする電流を送電し、負荷電流がＱ
Ｉになるとオフガス量はＲ３からＲ２に低下し、Ｒ８の
オフガス量がバーナ２に送られ、液体燃料の供給が停止
されてオフガスのみの燃焼により反応器３を過熱して触
媒温度はＰｔになる。 なお燃焼空気量は液体燃料とオフガスとの混焼時はそれ
ぞれの所定の空燃比によるＴ８が、オフガスのみの燃焼
時には所定の空燃比によるＴ、がそれぞれ供給される。 ところで改質原料の改質反応は吸熱反応であるため、改
質に必要なエネルギーよりオフガスの燃焼エネルギーが
小さい場合、さらに燃料改質器からの放熱などにより触
媒温度が低下する。したがって、このような場合温度検
出器６により改質触媒の温度を検出して調節器８に入力
し、改質触媒の活性温度範囲内の所定温度と比較し、検
出温度がＰ、に達したらポンプ１３を起動して必要とす
る液体燃料量をパルス状に一定時間Ｓ２にして供給し、
オフガス量のＲ８とともにバーナで燃焼する。 このため触媒温度はＰｉから一時的に低下した後上昇す
る。なおこの時の燃焼空気量は液体燃料量の３８に応じ
た所定の空燃比による燃焼空気量を増加したＴ４にする
。 また、逆に触媒温度が所定温度により上昇してＲ４にな
れば調節器８の出力信号によりプロワ９の回転数をパル
ス状に一定時間増加して燃焼空気量をＴｓにする。この
燃焼空気量の増加によりバーナでの燃焼熱は低下するの
で触媒温度が低下する。このようにして触媒温度を検出
してパルス状の一定時間の液体燃料の供給と燃焼空気の
増量により触媒温度を適正な活性温度範囲に保持する。 しかしながら、このような改質触媒の温度制御方式では
触媒温度が低下した場合には液体燃料を一定時間補給し
て、オフガスとの混焼を行ない、燃焼空気も液体燃料に
相当する分だけ増加して触媒温度を上昇し、また触媒温
度が上昇した場合にはオフガスに対する所定の空燃比よ
り余分の燃焼空気を供給して反応器を冷却して触媒温度
を低下している。したがって燃焼空気の増加により外部
への排熱量が増加するとともにプロワの消費電力も増加
するため、発１１ ！ｊｉ置としての熱効率を低下させ
るという問題がある。 さらに液体燃料としてアルコール類を用いた場合にその
燃焼排気ガスに関して最も問題となるのは、未燃アルコ
ールとその中間酸化物であるアルデヒドの排出である。 すなわち未燃アルコールとアルデヒドが燃焼排気ガスに
含まれて大気に放出されることにより環境面において無
視できない問題があり、この問題を根本的に解決するに
は、まだ困難な技術的問題がある。しかし有害物の放出
をより少なくするためには空燃比をできるだけ理論空燃
比に近づける必要がある。ところが前述のようにバーナ
で液体燃料とオフガスとを混焼させる場合、それぞれの
燃料に対する理想的な空燃比に制御することは困難であ
るため前述のような環境に悪影響を与えるという問題が
ある。
本発明は、前述のような点に鑑み改質触媒の温度を補助
燃料を使用せずにオフガスのみの燃焼により制御するこ
とのできる燃料電池発電装置の８貿触媒温度制御装置を
提供することを目的とする。
燃料を使用せずにオフガスのみの燃焼により制御するこ
とのできる燃料電池発電装置の８貿触媒温度制御装置を
提供することを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば改質原料を改質触媒が充
填された反応器に通流し、バーナの燃焼熱により前記反
応器を過熱して水素に富むガスに改質する燃料改質器か
らの改質ガスを燃料電池に供給するとともに燃料電池か
らのオフガスを前記バーナに供給して燃焼空気と燃焼さ
せる燃料電池発電装置において、前記反応器の改質触媒
の温度を検出する温度検出器と、該検出器による検出温
度と改質触媒の設定温度との比較により前記燃料電池の
負萄を制御する温度調節器と、前記オフガスの流量を検
出するオフガス流量検出器と、前記燃焼空気の流量を検
出する燃焼空気流量検出器と、前記両流量検出器からの
検出オフガス流量と検出燃焼空気流量とを入力し、所定
の空燃比に燃焼空気流量を制御する空燃比調節器とを設
けることにより達成される。
填された反応器に通流し、バーナの燃焼熱により前記反
応器を過熱して水素に富むガスに改質する燃料改質器か
らの改質ガスを燃料電池に供給するとともに燃料電池か
らのオフガスを前記バーナに供給して燃焼空気と燃焼さ
せる燃料電池発電装置において、前記反応器の改質触媒
の温度を検出する温度検出器と、該検出器による検出温
度と改質触媒の設定温度との比較により前記燃料電池の
負萄を制御する温度調節器と、前記オフガスの流量を検
出するオフガス流量検出器と、前記燃焼空気の流量を検
出する燃焼空気流量検出器と、前記両流量検出器からの
検出オフガス流量と検出燃焼空気流量とを入力し、所定
の空燃比に燃焼空気流量を制御する空燃比調節器とを設
けることにより達成される。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による燃料電池発電装置の系統
図である。なお、第１図および後述する第２図、第３図
において第４図、第５図の従来例と同一部品には同じ符
号を付し、その説明を省略する。第１図において従来技
術と異なるのは改質触媒の温度検出器６からの検出温度
を人力し、改質触媒の設定された所定温度との比較によ
り負萄３７を制御する温度調節器２０を設け、さらにオ
フガス流量を検出するオフガス流量検出器２１を管路３
４に、また燃焼空気の流量を検出する燃焼空気流量検出
器２２を燃焼空気供給管１！）１６に設け、これらの検
出器２１．２２からの検出オフガス流量と検出燃焼空気
流量とを入力して所定の空燃比に制御し、この出力信号
によりプロワ９を制御、例えば回転数を制御してオフガ
ス流量に対する燃焼空気流量を制御する空燃比調節器２
３を設けたことである。 第２図は、このような構成による燃料電池発電装置の運
転状態を示すグラフであり、Ａは触媒温度（℃）、は負
荷電力（Ａ） 、Ｃはオフガス量 （ｍ ２／ｈ）、Ｄ
は液体燃料量１／ｈ）、Ｅは燃焼空気量（−３／ｈ）と
時間との関係を示し、縦軸と横軸とを第２図の従来例と
同じにとって示している。以下図に基づいて燃料電池発
電装置の運転状態について説明する。 燃料改質器１に液体燃料量り、をポンプ１３により、ま
た燃焼空気量のＥｌをブロワ９により送風し、バーナ２
にて燃焼し、改質触媒の温崩を上昇させ、触媒温度が活
性温度になったら改質原料をポンプ３２により燃料改質
器１に供給して改質ガスを発生させる。この時改質ガス
と空気とを燃料電池に供給して発電し、負荷に供給する
。この時オフガス量は前述のように最高の０１から負荷
電流が流れるにしたがって低下し、負荷電流が８１にな
るとオフガス量はＣ２になる。なお十分なオフガス量が
燃料改質器ｌに供給され始めたら、液体燃料を停止し、
オフガスのみの燃焼にする。本発明に係るのは燃料電池
が発電して負荷に負荷電流Ｂ１が流れるように改質原料
の一定量が燃料改質器１に供給されるポンプ３２の定常
運転状態時の改質触媒の温度制御である。以下この温度
制御について説明する。 改質触媒の温度が前述のように低下して改質触媒の活性
温度範囲内のＡ１になると、温度検出器６により温度Ａ
１を検出し、この検出温度を温度調節器２０に入力し、
温度調節器２０からの出力信号により負荷３７の負荷を
低下し （例えば負荷が送風機であればその回転数を低
下させる）回路３６に流れる負荷電流をパルス状に一定
時間電流、Ｂ２に低下させろ、このためオフガス量はパ
ルス状にＣ３に増加して燃焼熱が増加し、触媒温度は温
度Ａ。 から一時的に下がるが上昇する。この際、オフガス量Ｃ
３を燃焼する燃焼空気量は空燃比調節器２３の出力信号
によりブロワ９の回転数を制御して所定の空燃比による
流量Ｅ２にしてバーナ２に供給される。また逆に改質触
媒の温度が上昇し、改質触媒の活性温度範囲内の人２に
なると温度検出器６により温度Ａ！を検出し、この検出
温度を温度調節器２０に入力し、この温度調節器２０か
らの出力信号により負荷３７の負荷を増加し （例えば
前述の送風機の回転数を増加する）、負荷電流をパルス
状に一定時間Ｂ、に増加してオフガス量をパルス状に０
４に減小させて燃焼熱を低下させ、この燃焼熱により触
媒温度は一時上昇するが低下し活性温度範囲に保持され
る。この際、オフガス１１ｃ。 を燃焼する燃焼空気量も前述と同様に空燃比調節器２３
により制御されて燃焼空気量のＥ、がバーナ２に供給さ
れる。 上記のようにして改質触媒の温度は燃料電池に接続され
る負荷を制御して燃料電池の負荷電流を増減し、これに
伴って生じるオフガスの減増によって燃焼熱を減増して
活性温度範囲に保持される。 この時の燃焼空気量も空燃比の制御により適切に供給さ
れる。 なお、上記の制御方式では負荷電流は第２図に示すよう
に短時間変動するが、第３図に示すように燃料電池３０
と負荷３７とをＤ Ｃ／Ｄ Ｃコンバータ２５を介して
閉回路２６を形成し、二次電池で放電。 充電可能な鉛蓄電池２４を負荷３７をバイパスする回路
２７に配したハイブリッド構成回路にすることにより負
荷電流の変動分を吸収することができる。 すなわち、改質触媒の検出温度と所定温度との比較によ
る温度調節器からの出力信号によりＤＣ／ＤＣコンバー
タの出力電圧を制御して燃料電池の負ｒ＠電流を増減し
て、改質触媒の活性温度範囲に保持できるとともに負荷
には燃料電池と鉛蓄電池とからなるハイブリッド構成回
路により一定の電力を供給できる。
図である。なお、第１図および後述する第２図、第３図
において第４図、第５図の従来例と同一部品には同じ符
号を付し、その説明を省略する。第１図において従来技
術と異なるのは改質触媒の温度検出器６からの検出温度
を人力し、改質触媒の設定された所定温度との比較によ
り負萄３７を制御する温度調節器２０を設け、さらにオ
フガス流量を検出するオフガス流量検出器２１を管路３
４に、また燃焼空気の流量を検出する燃焼空気流量検出
器２２を燃焼空気供給管１！）１６に設け、これらの検
出器２１．２２からの検出オフガス流量と検出燃焼空気
流量とを入力して所定の空燃比に制御し、この出力信号
によりプロワ９を制御、例えば回転数を制御してオフガ
ス流量に対する燃焼空気流量を制御する空燃比調節器２
３を設けたことである。 第２図は、このような構成による燃料電池発電装置の運
転状態を示すグラフであり、Ａは触媒温度（℃）、は負
荷電力（Ａ） 、Ｃはオフガス量 （ｍ ２／ｈ）、Ｄ
は液体燃料量１／ｈ）、Ｅは燃焼空気量（−３／ｈ）と
時間との関係を示し、縦軸と横軸とを第２図の従来例と
同じにとって示している。以下図に基づいて燃料電池発
電装置の運転状態について説明する。 燃料改質器１に液体燃料量り、をポンプ１３により、ま
た燃焼空気量のＥｌをブロワ９により送風し、バーナ２
にて燃焼し、改質触媒の温崩を上昇させ、触媒温度が活
性温度になったら改質原料をポンプ３２により燃料改質
器１に供給して改質ガスを発生させる。この時改質ガス
と空気とを燃料電池に供給して発電し、負荷に供給する
。この時オフガス量は前述のように最高の０１から負荷
電流が流れるにしたがって低下し、負荷電流が８１にな
るとオフガス量はＣ２になる。なお十分なオフガス量が
燃料改質器ｌに供給され始めたら、液体燃料を停止し、
オフガスのみの燃焼にする。本発明に係るのは燃料電池
が発電して負荷に負荷電流Ｂ１が流れるように改質原料
の一定量が燃料改質器１に供給されるポンプ３２の定常
運転状態時の改質触媒の温度制御である。以下この温度
制御について説明する。 改質触媒の温度が前述のように低下して改質触媒の活性
温度範囲内のＡ１になると、温度検出器６により温度Ａ
１を検出し、この検出温度を温度調節器２０に入力し、
温度調節器２０からの出力信号により負荷３７の負荷を
低下し （例えば負荷が送風機であればその回転数を低
下させる）回路３６に流れる負荷電流をパルス状に一定
時間電流、Ｂ２に低下させろ、このためオフガス量はパ
ルス状にＣ３に増加して燃焼熱が増加し、触媒温度は温
度Ａ。 から一時的に下がるが上昇する。この際、オフガス量Ｃ
３を燃焼する燃焼空気量は空燃比調節器２３の出力信号
によりブロワ９の回転数を制御して所定の空燃比による
流量Ｅ２にしてバーナ２に供給される。また逆に改質触
媒の温度が上昇し、改質触媒の活性温度範囲内の人２に
なると温度検出器６により温度Ａ！を検出し、この検出
温度を温度調節器２０に入力し、この温度調節器２０か
らの出力信号により負荷３７の負荷を増加し （例えば
前述の送風機の回転数を増加する）、負荷電流をパルス
状に一定時間Ｂ、に増加してオフガス量をパルス状に０
４に減小させて燃焼熱を低下させ、この燃焼熱により触
媒温度は一時上昇するが低下し活性温度範囲に保持され
る。この際、オフガス１１ｃ。 を燃焼する燃焼空気量も前述と同様に空燃比調節器２３
により制御されて燃焼空気量のＥ、がバーナ２に供給さ
れる。 上記のようにして改質触媒の温度は燃料電池に接続され
る負荷を制御して燃料電池の負荷電流を増減し、これに
伴って生じるオフガスの減増によって燃焼熱を減増して
活性温度範囲に保持される。 この時の燃焼空気量も空燃比の制御により適切に供給さ
れる。 なお、上記の制御方式では負荷電流は第２図に示すよう
に短時間変動するが、第３図に示すように燃料電池３０
と負荷３７とをＤ Ｃ／Ｄ Ｃコンバータ２５を介して
閉回路２６を形成し、二次電池で放電。 充電可能な鉛蓄電池２４を負荷３７をバイパスする回路
２７に配したハイブリッド構成回路にすることにより負
荷電流の変動分を吸収することができる。 すなわち、改質触媒の検出温度と所定温度との比較によ
る温度調節器からの出力信号によりＤＣ／ＤＣコンバー
タの出力電圧を制御して燃料電池の負ｒ＠電流を増減し
て、改質触媒の活性温度範囲に保持できるとともに負荷
には燃料電池と鉛蓄電池とからなるハイブリッド構成回
路により一定の電力を供給できる。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば燃料改Ｍ
ｕの改質触媒の温度を改質触媒の活性温度範囲に制御す
るために、燃料電池に接続する負荷を制御する温度ｖＮ
Ｎ雑器設け、さらにオフガスと燃焼空気との空燃比を制
御する空燃比比率調節器を設けることにより、改質触媒
の温度増減に応じて負荷電流を現像させてオフガスのみ
で改質触媒の温度を活性温度範囲内に制御できるので、
従来のように液体燃料を必要とせず、またオフガスのみ
の燃焼のため、燃焼空気量は容易に理想的な空燃比に制
御できるので、発電装置全体としての熱効率が向上し、
また排ガス中に含まれる有害物も少なくなり、環境に悪
影響を与えないという効果がある。
ｕの改質触媒の温度を改質触媒の活性温度範囲に制御す
るために、燃料電池に接続する負荷を制御する温度ｖＮ
Ｎ雑器設け、さらにオフガスと燃焼空気との空燃比を制
御する空燃比比率調節器を設けることにより、改質触媒
の温度増減に応じて負荷電流を現像させてオフガスのみ
で改質触媒の温度を活性温度範囲内に制御できるので、
従来のように液体燃料を必要とせず、またオフガスのみ
の燃焼のため、燃焼空気量は容易に理想的な空燃比に制
御できるので、発電装置全体としての熱効率が向上し、
また排ガス中に含まれる有害物も少なくなり、環境に悪
影響を与えないという効果がある。
第１図は本発明の実施例による燃料電池発電装置の系統
図、第２図は第１図の燃料電池発電装置の運転状態を示
すグラフ、第３図は本発明の異なる実施例による燃料電
池発電装置の回路図、第４図は従来の燃料電池発電装置
の系統図、第５図は第４図の燃料電池発電装置の運転状
態を示すグラフである。 １：燃料改質器、２：バーナ、３：反応器、４：改質触
媒、６：温度検出器、２０：温度調節器、２１：オフガ
ス流量検出器、２２：燃焼空気流量検出器、２３：空燃
比調節器、３０：燃料電池、３７：負荷。 １、〜 １！ （’ｊｆｆ′’−？ｉ−１’ｌｉ−”ｄ′ 。 瓜ｉ
１にミニ／゛第２図 ？５ 第３図
図、第２図は第１図の燃料電池発電装置の運転状態を示
すグラフ、第３図は本発明の異なる実施例による燃料電
池発電装置の回路図、第４図は従来の燃料電池発電装置
の系統図、第５図は第４図の燃料電池発電装置の運転状
態を示すグラフである。 １：燃料改質器、２：バーナ、３：反応器、４：改質触
媒、６：温度検出器、２０：温度調節器、２１：オフガ
ス流量検出器、２２：燃焼空気流量検出器、２３：空燃
比調節器、３０：燃料電池、３７：負荷。 １、〜 １！ （’ｊｆｆ′’−？ｉ−１’ｌｉ−”ｄ′ 。 瓜ｉ
１にミニ／゛第２図 ？５ 第３図
Claims (1)
- １）改質原料を改質触媒が充填された反応器に通流し、
バーナの燃焼熱により前記反応器を過熱して水素に富む
ガスに改質する燃料改質器からの改質ガスを燃料電池に
供給するとともに、燃料電池からのオフガスを前記バー
ナに供給して燃焼空気と燃焼させる燃料電池発電装置に
おいて、前記反応器の改質触媒の温度を検出する温度検
出器と、該検出器による検出温度と改質触媒の設定温度
との比較により前記燃料電池の負荷を制御する温度調節
器と、前記オフガスの流量を検出するオフガス流量検出
器と、前記燃焼空気の流量を検出する燃焼空気流量検出
器と、前記両流量検出器からの検出オフガス流量と検出
燃焼空気流量とを入力し、所定の空燃比に燃焼空気流量
を制御する空燃比調節器とを設けたことを特徴とする燃
料電池発電装置の改質触媒温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291967A JPH0697618B2 (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291967A JPH0697618B2 (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63146367A true JPS63146367A (ja) | 1988-06-18 |
| JPH0697618B2 JPH0697618B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17775783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291967A Expired - Lifetime JPH0697618B2 (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697618B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02197058A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-08-03 | Fuji Electric Co Ltd | 改質触媒温度制御方法および装置 |
| JP2002087801A (ja) * | 2000-07-14 | 2002-03-27 | Toyota Motor Corp | 改質器の暖機制御 |
| JP2007200771A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の改質触媒温度制御システムおよびその制御方法 |
| JP2010135125A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Panasonic Corp | 燃料電池発電システム |
-
1986
- 1986-12-08 JP JP61291967A patent/JPH0697618B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02197058A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-08-03 | Fuji Electric Co Ltd | 改質触媒温度制御方法および装置 |
| JP2002087801A (ja) * | 2000-07-14 | 2002-03-27 | Toyota Motor Corp | 改質器の暖機制御 |
| JP2007200771A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の改質触媒温度制御システムおよびその制御方法 |
| JP2010135125A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Panasonic Corp | 燃料電池発電システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697618B2 (ja) | 1994-11-30 |
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