JPS63155564A - 燃料電池発電システムの停止方法 - Google Patents

燃料電池発電システムの停止方法

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JPS63155564A
JPS63155564A JP61302461A JP30246186A JPS63155564A JP S63155564 A JPS63155564 A JP S63155564A JP 61302461 A JP61302461 A JP 61302461A JP 30246186 A JP30246186 A JP 30246186A JP S63155564 A JPS63155564 A JP S63155564A
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Toshihiro Sugiyama
杉山 智弘
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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
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    • 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
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は改質器と燃料電池とを組合せ、かつ燃料電池
から排出するオフガスを改質器のバーナに供給し、燃焼
させて燃料改質を行う燃料電池発電システムに関する。
〔従来の技術〕
燃料電池発電システムとして、水素リンチな改質ガスを
生成する改質器と改質ガスを燃料ガスとして発電する燃
料電池とを組合せたものが周知である。ここで改M器は
アルコール等の改質原料を気化し、さらに改質触媒との
接触反応により水素リンチな改質ガスに改質するもので
あり、かつこの改質反応に必要な熱エネルギーを与える
ために改質器にはバーナを装備している。一方、燃料電
池は前記改質器で生成した改質ガスを燃料ガスとし、別
に供給された酸化剤ガスとともに電解質介在の下での電
気化学的反応により発電を行う。
ところで、上記発電システムの運転に際し燃料電池に供
給された改質ガスの一部は未反応のままオフガスとして
電池より排出されることから、このオフガスを改質器の
バーナに供給して燃焼させ、これにより発電システムの
総合効率の向上を図る方法が広く採用されている。
〔発明が解決しようとする問題点] ところで、改質器は一種の化学反応プラントであって一
般的にその応答速度は遅いのに対し、燃料電池の応答速
度は極めて速いことから、上記燃料電池発電システムで
は次記のような問題点の派生することがある。
11燃料電池発電システムの運転時に燃料電池の負荷が
急激に増加すると、燃料電池で消費する燃料ガス量はf
4.荷電流に比例した速い応答速度で増加するようにな
る。これに対して改質器は応答速度が遅いために改質ガ
ス生成量の増加が負荷の増加に充分追従できず、このた
めに改質器のバーナに供給される燃料電池からの排出オ
フガス量が大幅に減少し、この結果として改質器バーナ
は燃焼を維持することができずに遂には燃焼を停止し、
失火状態となるIgBの発生することがある。なお同様
な失火はガス燃焼維持に必要な空気量の不足によっても
起こり得る。
しかも上記のように不測に改質器のバーナ失火の事態が
発生すると、改質器の燃焼室内には可燃性ガスが未燃焼
のまま残って充満し、さらにこの可燃性ガスが未燃焼の
まま外部に放出するようになる。したがってここになん
らかの着火源があると、未炭焼の可燃性ガスが爆発的に
異常燃焼する危険がある。
(2)また燃料電池発電システムに運転停止指令を与え
て改質器への改質原料の供給を停止した際にも、改質2
;の応答速度が遅いために停止後もしばらくは改質ガス
の生成を継続する。したがってこの状態で仮にバーナも
停止すると、バーナに供給される燃料電池からのオフガ
スが燃焼室内に未燃焼のまま充満して前項と同様な危険
が生じる。このために通常は発電システムの運転停止に
際し、停止指令を与えた後もしばら(は改質器バーナの
燃焼を継続して残余の改質ガスを燃焼処理する方法を採
用しているが、この方式ではシステムを速やかに全停止
することができずその運転管理が厄介である。
この発明の目的は、改質器における不測なバーナの失火
、ないしは発電システムの運転停止の際に、改質器で生
成して燃料電池へ供給された改質ガスの殆どを燃料電池
の内部で強制的に消費させることにより、改質器のバー
ナを通じて改質器内部に可燃性ガスが未燃焼のまま充満
したり1そのまま外部に放出するのを抑えて異常燃焼の
発生を未然に防止し、これにより発電システムの安全を
図るようにした燃料電池発電システムを提供することに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、この発明によれば、改質
器バーナの燃焼状態を検出する手段と、燃料電池出力電
流の制御手段とを備え、改質器バーナの失火、ないしは
発電システムの運転停止に際して燃料電池の出力1!流
を増加制御させるようにしたものである。
〔作用〕
上記において、改質器バーナの不測な失火、ないしは発
電システムの運転停止に伴うバーナの燃焼停止を燃焼検
出手段により検出し、この信号を基に燃F14電池の出
力電流を増大制御することにより、電池内部での燃焼ガ
ス消費量が速い応答速度が増加するようになる。したが
って改質器のバーナに供給される燃料電池側からのオフ
ガス量も急速に減少し、かつこのオフガス組成も可燃性
の水素を殆ど含まずに二酸化炭素を主成分とする不燃性
ガス成分に変わることとなり、これにより改質器の燃焼
室内に可燃性ガスが未燃焼のまま充満したり、外部に放
出する危険な状態の発生を未然に防止することができる
ようになる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の実施例による燃料電池発電システム
のシステムフロー図、第2図、第3図はそれぞれ失火1
発電システムの停止時におけるシステムの応答図を示す
ものであり、まず第1図により発電システムの構成を説
明する。図においそlは改質器、2は燃料電池、3はD
 C/D Cコンバータ等の出力TL流調整器、4が負
荷である。ここで改質器1は炉体1aの内部燃焼室の頂
部にバーナ1bを、その下方の燃焼ガス流路に原料気化
器1cおよび触媒反応管1dを配備した構成に成る。ま
た前記バーナ1bには燃料電池2から引出したオフガス
供給管5.およびガス燃焼に必要な空気を供給する空気
ブロア6が接続され、気化器1cには原料ポンプ7を介
して改質原料タンク8され、さらに反応管1dより引出
した改質ガス供給管9が燃料電池2の燃料ガス室に接続
配管されている。
一方、前記改質器1の燃焼室内にはバーナ1bの燃焼状
態を検出する手段として火炎センサ10を備え、さらに
該火炎センサ10の信号を基に燃料電池側の出力電流調
整器3を制御する制御装置11を備えている。ここで制
御器装置11は火炎センサ10からの検出信号を受け、
バーナ1bの燃焼が停止した際には電流調整器3を介し
て燃料電池2の出力電流を後述するうにあらかし定めた
設定モードにしたがって変更制御する。
次に上記構成による発電システムの運転制御。
並びにその応答動作に付いて説明する。まず発電システ
ムの運転中に急激な負荷増加等に起因し、改質器の改質
ガス生成量が追従し切れないためにバーナの燃焼が不測
に失火した場合の動作を第2図により説明すると、負荷
電流P 1 、改質器での生成改質ガスIQI、オフガ
スI q 1で運転している状態において、時間t1で
改質器のバーナが失火したとすると、この失火発生時間
t1より僅か遅れた時間t2で火炎センサ10がバーナ
の燃焼停止状態を検出する。これにより制御装置11は
火炎制御10の信号を受け、電流調整器3を介して燃料
電池2の出力電流をpiよりP2へ急速に増加させるよ
う制御する。一方、改質器1は応答の遅れから失火後も
しばらくは改質ガスIQIを生成維持するが、燃料電池
2の内部での改質ガス消費量は電流の増加に比例して増
大するために、燃料電池から排出するオフガス量はql
から92に急減する。しかもこの場合のオフガス組成は
水素成分が殆ど燃料電池の電気化学的反応で消費される
ので殆どが二酸化炭素を主成分とする不燃性ガスに変わ
り、この不燃性ガスがそのまま改質器1のバーナに供給
されることになる。さらに失火後の時間が経過して改質
ガス生成量が減少するようになると、制御装置llはこ
の改質ガス量の減少に合わせて燃料電池の出力電流をP
2から低いt流P3に低下制御させる。また同時にオフ
ガス量もq2からさらにq3のように減少するようにな
る。
上記の説明で明らかなように、改質器バーナの失火時に
この状態を検出して燃料電池の出力電流を増加させるこ
とにより、電池内部での改質ガス消g量の増加、したが
って改質器のバーナに供給されるオフガス量が減少する
ことになる。かくして改質器の燃焼室内が未燃焼の可燃
性ガスで充満されたり、可燃性ガスがそのまま外部に放
出される状態が抑えられ、不測な失火発生時にも可燃性
ガスが爆発する等の異常燃焼の発生を未然に防止して発
電システムを安全に停止させることができるようになる
なお、バーナの燃焼停止状態伴って制御する燃料電池出
力電流の設定値P2. P3は、定常運転時における改
質ガス量を基準にあらかじめ適正な値を算出して制御装
置11に与えられており、バーナの燃焼停止時には火炎
センサ10からの信号を基に制御装置11が前記の電流
値に対応した設定モードにしたがって燃料電池の出力電
流制御を行う。
次に発電ジノ、テムを停止する場合の動作を第3図によ
り説明する。すなわち第2図と同様に電流PI、改質ガ
ス量Ωl、オフガス量qlで運転している状態から発電
システムに停止指令を与え、時間t3で改質器への改質
原料の供給、およびバーナを停止操作した際には、第2
図と同様に火炎センサ10゜制御装置11.電流調整器
3を介して燃料電池の出力電流をPIからP2へ急速増
加させる。この過程で改質器の応答遅れからしばらくは
改質ガスIQIを保つが、出力電流の増加に伴って電池
内部での改質ガス消費量が強制的に増大すことから改質
器バーナに供給されるオフガス量はqlから92へ急減
し、かつ同時にオフガス組成も不燃性ガス成分に変わる
。一方、改質器への改質原料の供給は既に停止している
ので運転停止後の時間経過に伴い改質ガス量はQlから
02で示すように次第に減少するようになり、同時にオ
フガス量もq3で示すように減少する。ここで改質ガス
量の減少に対応して制御装置11により燃料電池の出力
電流をP2がらP3に減少制御させる。
かかる発電システムの停止制御操作により、運転停止の
際に同時に改質器バーナを停止しても、改?f器の燃焼
室内が未燃焼の可燃性ガスで充満したり、可燃性ガスが
そのまま外部に放出することが無く、ガスの異常燃焼発
生を未然に防止して発電システムを安全1かつ短時間で
完全停止させることができるようになる。
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば、改質器バーナの燃
焼状態を検出する手段と、燃料電池出力電流の制御手段
とを備え、改質器バーナの失火。
ないしは発電システムの運転停止に際して燃料電池の出
力電流を増加制御させるよう構成したことにより、改質
器の応答遅れに伴って生成する改質ガスが燃料電池での
電気化学的反応により強制的に殆ど消費されることにな
り、したがって改質器のバーナへは少量でしかも可燃性
ガス成分を殆ど含まない不燃性のオフガスが供給される
に過ぎず、かくしてバーナの燃焼停止状態の下でも改質
器内部における未燃焼の可燃性ガスの充満、外部への放
出等のガスの異常燃焼の危険を伴う状態を未然に防止し
て発電システムの安全性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例による燃料電池発電システムのシ
ステムフロー図、第2図、第3図はそれぞれ改質器バー
ナの失火時、および発電システムの運転停止時における
システムの応答図である。 各図において、 1;改質器、1b=バーナ、2:燃料電池、3:出力電
流調整器、5:オフガス供給管、10:バーナ燃焼状B
検出手段としての火炎センサ、11:制御装置。 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 水素リッチな改質ガスを生成する改質器と改質ガスを燃
    料ガスとして発電する燃料電池とを組合せ、かつ燃料電
    池から排出するオフガスを改質器のバーナに供給し、燃
    焼させて燃料改質を行う燃料電池発電システムにおいて
    、改質器バーナの燃焼状態を検出する手段と、燃料電池
    出力電流の制御手段とを備え、改質器バーナの失火、な
    いしは発電システムの運転停止に際して燃料電池の出力
    電流を増加制御させることを特徴とする燃料電池発電シ
    ステム。
JP61302461A 1986-12-18 1986-12-18 燃料電池発電システムの停止方法 Expired - Lifetime JPH0834106B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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