JPS63254675A - Fuel cell power generating system - Google Patents

Fuel cell power generating system

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Publication number
JPS63254675A
JPS63254675A JP62087064A JP8706487A JPS63254675A JP S63254675 A JPS63254675 A JP S63254675A JP 62087064 A JP62087064 A JP 62087064A JP 8706487 A JP8706487 A JP 8706487A JP S63254675 A JPS63254675 A JP S63254675A
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JP
Japan
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fuel
flow rate
gas
fuel cell
auxiliary burner
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JP62087064A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Nakayama
隆 中山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • 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
    • 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

PURPOSE:To mitigate the fluctuation of the system pressure and improve the reliability of a cell by maintaining the flow of the raw fuel constant against the flow change of the fuel gas fed to the fuel cell by the temperature control of a reforming reaction catalyst layer. CONSTITUTION:The flow of the raw fuel 1 is controlled to the fixed value given in response to the load current of a fuel cell 12. Only the reformed gas excessive for the target fuel reforming pressure is released through a bypass flow control valve 11 provided on a bypass line 10, the pressure of a fuel reforming system is thereby controlled. In this case, the fuel flow for a burner 9 is controlled in response to the combustion heat of the reformed gas flow flowing into an auxiliary burner 9, the fluctuation of the system pressure due to the fluctuation of the combustion quantity by the burner 9 is thereby mitigated. When an absorber tank is provided between the valve 11 and the burner 9, the pressure control can be supplemented. The fluctuation of the system pressure is thereby mitigated, and the reliability is improved.

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空気供給装置とを備
えて構成される燃料電池発電システムに係り、特に燃料
改質装置の改質反応触媒層の温度制御による燃料電池の
燃料極への燃料ガス供給流量の変化に対して、原燃料の
流量を一定に保ち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 [Objective of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a fuel cell power generation system comprising a fuel cell, a fuel reformer, and an air supply device, and particularly relates to a fuel cell power generation system comprising a fuel cell, a fuel reformer, and an air supply device. The present invention relates to a fuel cell power generation system in which the flow rate of raw fuel can be kept constant despite changes in the flow rate of fuel gas supplied to the fuel electrode of a fuel cell due to temperature control of a reforming reaction catalyst layer of a reforming device.

(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、燃料極に水
素ガス等の燃料ガスを供給しまた酸化剤極に空気等の酸
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、上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 usually has a pair of electrodes, a fuel electrode and an oxidizer electrode, with an electrolyte layer in between, and a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the fuel electrode, and an oxidant gas such as air is supplied to the oxidizer electrode. The system uses the electrochemical reaction that occurs at this time to extract electrical energy from between the two electrodes, and as long as the fuel gas and oxidant gas are supplied, electrical energy can be extracted with high conversion efficiency. It is something that can be taken out.

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。そ
してこの種の燃料電池は、その燃料ガスである水素ガス
を多(含んだ改質ガスを得るための燃料改質装置、およ
び酸化剤ガスである圧縮空気を得るための空気供給装置
を備えて燃料電池発電システムを構成していることが多
い。また、この種の燃料電池発電システムにおいては、
(a)燃料改質系の圧力制御、(b)燃料改質装置の改
質反応触媒層の温度制御、(C)燃料電池の酸化剤極か
ら排出される排ガスと燃料改質装置から排出される高温
排ガスとの合流点の圧力(以下、システム圧力と称する
)制御の3つが、主妄な制御ファクターとなっている。
Currently, fuel cells that are being considered include fuel cells that use hydrazine as fuel, alkaline aqueous electrolytes, and phosphoric acid aqueous electrolytes as electrolytes. Among these, fuel cells that use phosphoric acid aqueous electrolytes as electrolytes Since it can use reformed gas, it can be used in general, and it is being used for industrial purposes and power generation projects. This type of fuel cell is equipped with a fuel reformer to obtain reformed gas containing a large amount of hydrogen gas, which is the fuel gas, and an air supply device to obtain compressed air, which is the oxidant gas. It often constitutes a fuel cell power generation system.In addition, in this type of fuel cell power generation system,
(a) Pressure control of the fuel reforming system, (b) Temperature control of the reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer, (C) Exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the fuel cell and exhaust gas discharged from the fuel reformer. The three main control factors are pressure control at the confluence point with high-temperature exhaust gas (hereinafter referred to as system pressure).

第4因は、この種の従来の燃料電池発電システムの一例
を示したものである。第4図において、天然ガスまたは
石炭ガス等の化石燃料よりなる原燃料1と、スチーム供
給器2からのスチームが、それぞれ原燃料流量制御弁3
とスチーム流量制御弁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内の改質反応管6に導入される。ここで、原
燃料1とスチームは500〜800℃程度まで加熱され
て改質反応を行ない、次に高温変成器7゜低温変成器8
を経て水素含有率の高い改質ガスすなわち燃料ガスとな
る。この水素含有率が高くなった燃料ガスは、補助バー
ナ9へはバイパスライン10.バイパス流量制御弁11
を、また燃料電池12の燃料極12Aへは燃料ガス供給
ライン13、燃料流量制御弁14を介してそれぞれ送ら
れる。
The fourth factor shows an example of this type of conventional fuel cell power generation system. In FIG. 4, a raw fuel 1 made of fossil fuel such as natural gas or coal gas and steam from a steam supply device 2 are supplied to a raw fuel flow control valve 3, respectively.
The steam and carbon are controlled by the steam flow rate control valve 4 so that the mixing molar ratio of steam and carbon is about 3 to 5, and then introduced into the reforming reaction tube 6 in the fuel reformer 5. Here, the raw fuel 1 and steam are heated to about 500 to 800°C to perform a reforming reaction, and then the high temperature shift converter 7 and the low temperature shift converter 8
After that, it becomes a reformed gas with a high hydrogen content, that is, a fuel gas. This fuel gas with a high hydrogen content is sent to the auxiliary burner 9 through a bypass line 10. Bypass flow control valve 11
is also sent to the fuel electrode 12A of the fuel cell 12 via the fuel gas supply line 13 and the fuel flow control valve 14, respectively.

燃料電池12の燃料極12Aへ流入した燃料ガス中の水
素は、燃料電池12の酸化剤極12Bに流入している酸
化剤ガス中の酸素と触媒反応を行ない、その結果燃料ガ
スの一部が消費されて電気エネルギーと反応反応水とが
得られる。この燃料電池12内で生成した反応反応水の
一部を含んで燃料極12Aを出た燃料排ガスは、燃料ガ
ス排出ライン15を介して上述の燃料改質装置5のバー
ナ16の燃焼用燃料として送られる。そして、バーナ1
6へ送られた燃料排ガスは燃料改質装置5内で燃焼し、
改質反応管6を加熱した後に高温排ガス17として排出
される。さらに、この高温排ガス17は燃料電池12の
酸化剤極12Bから酸化剤ガス排出ライン18を介して
送られる酸化剤排ガスと合流した後に混合器19へ導入
され、タービン2OAおよびコンプレッサ20Bからな
る空気供給装置20の駆動用エネルギーの一部として使
われる。一方、補助バーナ9へは補助バーナ用燃料供給
ライン21.補助バーナ用燃料流最制御弁22を介して
補助バーナ用燃料が送られ、補助バーナ9へ送られた上
述の燃料ガスとともに補助バーナ9内・で燃焼し、その
燃焼ガスが混合器19を通過して空気供給装置20のタ
ービン20Aを駆動する。
Hydrogen in the fuel gas that has flowed into the fuel electrode 12A of the fuel cell 12 undergoes a catalytic reaction with oxygen in the oxidant gas that has flowed into the oxidizer electrode 12B of the fuel cell 12, and as a result, a portion of the fuel gas is Electrical energy and reaction water are obtained by being consumed. The fuel exhaust gas exiting the fuel electrode 12A containing a part of the reaction water generated in the fuel cell 12 is passed through the fuel gas discharge line 15 as a combustion fuel for the burner 16 of the fuel reformer 5. Sent. And burner 1
The fuel exhaust gas sent to 6 is burned in the fuel reformer 5,
After heating the reforming reaction tube 6, it is discharged as high-temperature exhaust gas 17. Furthermore, this high-temperature exhaust gas 17 is introduced into a mixer 19 after being combined with the oxidant exhaust gas sent from the oxidizer electrode 12B of the fuel cell 12 via the oxidizer gas discharge line 18, and is introduced into the mixer 19, which is supplied with air from the turbine 2OA and the compressor 20B. It is used as part of the energy for driving the device 20. On the other hand, the auxiliary burner fuel supply line 21. The fuel for the auxiliary burner is sent through the auxiliary burner fuel flow control valve 22 and burns in the auxiliary burner 9 together with the above-mentioned fuel gas sent to the auxiliary burner 9, and the combustion gas passes through the mixer 19. Then, the turbine 20A of the air supply device 20 is driven.

一方、タービン2OAに連結して駆動されるコンプレッ
サ2OBからの吐出空気は、補助バーナ9、バーナ16
へそれぞれ酸化剤ガス流量制御弁23.1他剤ガス流温
調節弁24により空燃を調節して送られると共に、酸化
剤ガス供給ライン25、酸化剤ガス流量調節弁26を介
して燃料電池12の酸化剤極12Bへ送られ、余剰分は
システム差圧制御弁27を介し、空気供給袋!20の駆
動用エネルギーの一部として混合器19へ送られる。
On the other hand, the air discharged from the compressor 2OB connected to and driven by the turbine 2OA is supplied to the auxiliary burner 9 and the burner 16.
The air/fuel is adjusted and sent to the fuel cell 12 via the oxidant gas supply line 25 and the oxidant gas flow rate control valve 26 by the oxidant gas flow rate control valve 23.1 and other gas flow temperature control valve 24, respectively. The surplus is sent to the oxidizer electrode 12B of the air supply bag through the system differential pressure control valve 27! 20 is sent to the mixer 19 as part of the driving energy.

燃料電池12の酸化剤極12Bへ流入した酸化剤ガスの
一部は、燃料電池12の燃料極12Aに流入している燃
料ガス中の水素と反応して消費された後、酸化剤極12
B内で生成した水分を含んで排出される。この排出され
た酸化剤排ガスは、燃料改質装置5からの高温排ガス1
7と合流することになる。なお、28は燃料電池12で
得られる直流出力を交流に変換するインバータである。
A part of the oxidant gas that has flowed into the oxidizer electrode 12B of the fuel cell 12 is consumed by reacting with hydrogen in the fuel gas that has flowed into the fuel electrode 12A of the fuel cell 12.
It is discharged containing the water produced in B. This discharged oxidizer exhaust gas is a high-temperature exhaust gas 1 from the fuel reformer 5.
It will join up with 7. Note that 28 is an inverter that converts the DC output obtained from the fuel cell 12 into AC.

さて、このような燃料電池発電システムにおいて、燃料
改質系の圧力制御は、圧力検出器29による低温変成器
8の出口側の改質ガスの圧力検出値と圧力設定値との偏
差に基づいて、圧力制御装置30により原燃料1の供給
ライン上に設けられた原燃料流量制御弁3の開度を制御
することによって、低温変成り8の出口側の改質ガスの
圧力を一定とするように行なわれる。また、燃料改質装
置5の改質反応触媒層の温度制御は、温度検出器31に
よる燃料改質装置5の改質反応触媒層A層の湿度検出値
と、燃料電池12の負荷電流値に応じた温度設定値とを
温度制御装置32で比較し、この比較値と、流量検出器
33による燃料ガス供給ライン13を流れる燃料ガスの
流量検出値との偏差に基づいて、流量制御装置34によ
り燃料ガス供給ライン13上に設けられた燃料流量制御
弁14の開度を制御することによって、燃料改質装置5
の改質反応触1711Hの温度を一定とするように行な
われる。さらに、システム圧力の制御は、圧力検出器3
5によるシステム圧力検出値と圧力設定値との偏差に基
づいて、システム圧力制卸装置36により補助バーナ用
燃料21の供給ライン上に設けられた燃料流量制御弁2
2の開度を制御することによって、システム圧力をシス
テムの仕様圧力に維持するように行なわれる。
Now, in such a fuel cell power generation system, the pressure control of the fuel reforming system is based on the deviation between the pressure value detected by the pressure detector 29 of the reformed gas on the outlet side of the low temperature shift converter 8 and the pressure setting value. By controlling the opening degree of the raw fuel flow rate control valve 3 provided on the supply line of the raw fuel 1 by the pressure control device 30, the pressure of the reformed gas on the outlet side of the low temperature reformer 8 is kept constant. It will be held in Further, temperature control of the reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer 5 is performed based on the detected humidity value of the reforming reaction catalyst layer A layer of the fuel reformer 5 by the temperature detector 31 and the load current value of the fuel cell 12. The temperature control device 32 compares the corresponding temperature setting value, and the flow rate control device 34 compares the comparison value with the detected value of the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply line 13 by the flow rate detector 33. By controlling the opening degree of the fuel flow control valve 14 provided on the fuel gas supply line 13, the fuel reformer 5
The temperature of the reforming reaction catalyst 1711H is kept constant. Furthermore, the system pressure can be controlled by pressure sensor 3.
Based on the deviation between the system pressure detection value and the pressure setting value by 5, the system pressure control device 36 controls the fuel flow control valve 2 provided on the supply line of the auxiliary burner fuel 21.
By controlling the opening degree of 2, the system pressure is maintained at the system specification pressure.

ところで、上述において燃料改質装置5の改質反応触媒
層の温度制御に関して言えば、燃料電池12の燃料極1
2Aへの供給燃料ガス流量をIII御することによる燃
料改質系の圧力変動を原燃料の流量制御によって行なう
わけで、原燃料流量は結局燃料電池12の燃料極12A
への供給燃料ガス流量にひきづられて変化することにな
るが、燃料改質装[5での改質反応は吸熱反応であり、
またこの反応熱の方が燃料改質装M5の燃焼熱よりも改
質反応触媒層への伝熱が速い。このため、燃料電池12
の燃料極12Aへの供給燃料ガス流量の制御に対して、
改質反応触媒層の温度は第5図に示すように逆応答的に
応答し、このことが改質反応触媒層の温度制御を非常に
困難なものとしている。すなわち、燃料電池12の燃料
極12Aへの供給燃料ガス流量の制御に伴って原燃料の
流量が変化し、改質量が変化してしまうことが上述した
温度制御の重大な阻害要因となっている。
By the way, in the above description, regarding the temperature control of the reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer 5, the fuel electrode 1 of the fuel cell 12
The pressure fluctuation in the fuel reforming system by controlling the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel electrode 2A is controlled by the flow rate control of the raw fuel.
Although it will change depending on the flow rate of fuel gas supplied to the fuel reformer [5, the reforming reaction is an endothermic reaction,
Further, this reaction heat is transferred to the reforming reaction catalyst layer faster than the combustion heat of the fuel reformer M5. For this reason, the fuel cell 12
For controlling the flow rate of fuel gas supplied to the fuel electrode 12A,
The temperature of the reforming reaction catalyst layer responds in a reverse manner as shown in FIG. 5, and this makes temperature control of the reforming reaction catalyst layer extremely difficult. In other words, the flow rate of the raw fuel changes with the control of the flow rate of fuel gas supplied to the fuel electrode 12A of the fuel cell 12, and the amount of reformed material changes, which is a serious impediment to the above-mentioned temperature control. .

(発明が解決しようとする問題点) 以上のように、従来の燃料電池発電システムにおいては
、燃料改質系の圧力制御は原燃料流量の制御により行な
っていることから、改質反応触媒層の温度制御によって
燃料電池への供給燃料ガス流量が変化すると、これによ
って原燃料の1lliも変化し、この時の吸熱量の変化
が温度制御を困難にしてしまうという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional fuel cell power generation system, the pressure of the fuel reforming system is controlled by controlling the raw fuel flow rate, so the reforming reaction catalyst layer When the flow rate of fuel gas supplied to the fuel cell changes due to temperature control, the amount of raw fuel also changes, and this change in the amount of heat absorbed makes temperature control difficult.

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、その目的は改質反応触媒層の温度制御による燃料
電池への供給燃料ガス流儀変化に対し、原燃料の流量を
一定に保って改質反応触媒層の温度制御を容易に行なう
ことができ、また当該制御による燃料改質系の圧力制御
によって生じるシステム圧力の変動を極力小さく抑える
ことが可能な信頼性の高い燃料N池発電システムを提供
することにある。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to keep the flow rate of raw fuel constant despite changes in the flow of fuel gas supplied to the fuel cell by controlling the temperature of the reforming reaction catalyst layer. A highly reliable fuel N pond that can easily control the temperature of the reforming reaction catalyst layer and minimize fluctuations in system pressure caused by the pressure control of the fuel reforming system. Our goal is to provide power generation systems.

[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、燃料改質装置
と、空気供給装置と、燃料電池と、補助バーナと、混合
器とを備えて構成される前述した燃料電池発電システム
において、 燃料電池の負荷電流の関数として与えられる原燃料の流
量指令値と、原燃料の供給ラインを流れる原燃料の流量
検出値との比較結果に基づいて、当該原燃料供給ライン
上に設けられた原燃料流量制御弁の開度を制御する流山
制御手段、および燃料改質装置の出口側の改質ガスの圧
力検出値と圧力設定値との比較結果に基づいて、バイパ
スライン上に設けられたバイパス流量υ110弁の開度
を制御する圧力制御手段からなる燃料改質系圧力制御手
段と、 燃料改質装置の改質反応触媒層の温度検出値と温度設定
値との比較値と、燃料電池の燃料極への燃料ガスの供給
ラインを流れる燃料ガスの流量検出値との比較結果に基
づいて、当該燃料ガス供給ライン上に設けられた第1の
燃料流量制御弁の開度を制御する改質反応触媒層温度制
卸手段と、燃料電池の酸化剤極から排出される排ガスと
燃料改質装置から排出される高温排ガスとの合流点の圧
力検出値と圧力設定値との比較結果に基づいて、補助バ
ーナ用燃料の供給ライン上に設けられた第2の燃料流量
制御弁の開度を制御するシステム圧力制御手段、 または燃料電池の酸化剤極から排出される排ガスと燃料
改質装置から排出される高温排ガスとの合流点の圧力検
出値、圧力設定値、およびバイパスラインを流れる改質
ガスの流量検出値に基づいて得られる補助バーナ燃料の
流量指令値と、補助バーナ用燃料の供給ラインを流れる
補助バーナ用燃料の流量検出値との比較結果に基づいて
、当該補助バーナ用燃料供給ライン上に設けられた第2
の燃料流量制御弁の開度を制御するシステム圧力制卸手
段、 またはバイパスライン上におけるバイパス流】II i
ll弁と補助バーナとの間に設けられた圧力変動吸収用
のアブソーバタンク、 とを備えて構成したことを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention includes a fuel reformer, an air supply device, a fuel cell, an auxiliary burner, and a mixer. In the above-mentioned fuel cell power generation system, which is configured with A flow control means for controlling the opening degree of the raw fuel flow rate control valve provided on the raw fuel supply line, and a comparison between the detected pressure value of the reformed gas on the outlet side of the fuel reformer and the pressure set value. Based on the results, the fuel reforming system pressure control means consisting of pressure control means for controlling the opening degree of the bypass flow rate υ110 valve provided on the bypass line, and the detected temperature value of the reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer. Based on the comparison result between the temperature set value and the detected flow rate of the fuel gas flowing through the fuel gas supply line to the fuel electrode of the fuel cell, the first temperature control means for the reforming reaction catalyst layer that controls the opening degree of the fuel flow control valve, and the pressure at the confluence point of the exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the fuel cell and the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel reformer. A system pressure control means that controls the opening degree of a second fuel flow control valve provided on the auxiliary burner fuel supply line based on the comparison result between the detected value and the pressure set value, or the oxidizer of the fuel cell. Auxiliary burner fuel obtained based on the detected pressure at the confluence of the exhaust gas discharged from the pole and the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel reformer, the pressure setting value, and the detected flow rate of the reformed gas flowing through the bypass line. Based on the comparison result between the flow rate command value and the detected flow rate value of the auxiliary burner fuel flowing through the auxiliary burner fuel supply line, the second
system pressure control means for controlling the opening degree of the fuel flow control valve, or bypass flow on the bypass line] II i
An absorber tank for absorbing pressure fluctuations is provided between the ll valve and the auxiliary burner.

(作用) 上述の燃料電池発電システムにおいて、原燃料の流量は
燃料電池の負荷電流に応じて与えられる一定値に制御し
ながら、目標燃料改質圧力とするのに過剰となる改質後
の改質ガスのみを、バイパスライン上に設けられたバイ
パス流量制御弁によって逃がすことにより、燃料改質系
の圧力制御が行なわれる。またこの場合、燃料改質系の
圧力制御によって補助バーナへ流入する改質後の改質ガ
ス流量の燃焼熱に見合った量を考慮して、補助バーナに
供給される補助バーナ用燃料流量を制御することにより
、上記燃料改質系の圧力制御に伴う補助バーナでの燃焼
量の変動によるシステム圧力の変動が抑えられる。ある
いは、バイパスライン上におけるバイパス流量制御弁と
補助バーナとの間に圧力変動吸収用のアブソーバタンク
を設けていることにより、上記燃料改質系の圧力制御に
伴う補助バーナでの燃焼量の変動によるシステム圧力の
変動が同様に緩和される。
(Function) In the above-described fuel cell power generation system, the flow rate of raw fuel is controlled to a constant value given according to the load current of the fuel cell, and the amount of reforming after reforming that is excessive to achieve the target fuel reforming pressure is controlled. The pressure of the fuel reforming system is controlled by letting only the quality gas escape through a bypass flow control valve provided on the bypass line. In addition, in this case, by controlling the pressure of the fuel reforming system, the flow rate of fuel for the auxiliary burner supplied to the auxiliary burner is controlled by considering the amount of reformed gas flowing into the auxiliary burner that is commensurate with the combustion heat. By doing so, fluctuations in the system pressure due to fluctuations in the amount of combustion in the auxiliary burner accompanying the pressure control of the fuel reforming system can be suppressed. Alternatively, by providing an absorber tank for absorbing pressure fluctuations between the bypass flow control valve and the auxiliary burner on the bypass line, it is possible to prevent fluctuations in the combustion amount in the auxiliary burner due to pressure control of the fuel reforming system. Fluctuations in system pressure are similarly mitigated.

(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あり、第4図と同一部分には
同一符号を付して示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. 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 in FIG. I will only talk about.

すなわち第1図は、燃料電池12の負荷電流の検出信号
37に応じて原燃料1の流量指令値を得る原燃料流量演
算装置38Aと、原燃料1の供給ラインを流れる原燃料
1の流量を検出する流量検出器39と、この流量検出器
39による原燃料1の供給ラインを流れる原燃料1の流
量検出値と。
That is, FIG. 1 shows a raw fuel flow rate calculation device 38A that obtains a flow rate command value of the raw fuel 1 according to a detection signal 37 of the load current of the fuel cell 12, and a raw fuel flow rate calculation device 38A that calculates the flow rate command value of the raw fuel 1 flowing through the raw fuel 1 supply line. The flow rate detector 39 detects the flow rate and the detected flow rate value of the raw fuel 1 flowing through the raw fuel 1 supply line by the flow rate detector 39.

原燃料流山演算装置38Aからの原燃料1の流量指令値
との比較結果である偏差に基づいて、当該原燃料供給ラ
イン上に設けられた原燃料流量制御弁3の開度を制御す
る原燃料流山演算装置38Bとからなる流量制御手段、
および低温変成器8の出口側の改質ガスの圧力を検出す
る前記圧力検出器29と、この圧力検出器29からの圧
力検出値と圧力設定値との比較結果である偏差に基づい
て、前記バイパスライン10上に設けられたバイパス流
量制御弁11の開度を制御する改質系圧力制御装置40
とからなる圧力制御手段により、燃料改質系の圧力制御
系を構成するようにしたものである。ここで、原燃料1
の流量指令値としては、予め各負荷において所定改質圧
力を得るのに必要となる原燃料流量の定常値よりもやや
大きめの値に設定している。
The opening degree of the raw fuel flow rate control valve 3 provided on the raw fuel supply line is controlled based on the deviation that is the result of comparison with the raw fuel flow rate command value from the raw fuel flow rate calculation device 38A. Flow rate control means consisting of a flow rate calculation device 38B,
and the pressure detector 29 that detects the pressure of the reformed gas on the outlet side of the low temperature shift converter 8, and the deviation that is the comparison result between the pressure detection value from this pressure detector 29 and the pressure setting value. Reforming system pressure control device 40 that controls the opening degree of the bypass flow control valve 11 provided on the bypass line 10
A pressure control system for a fuel reforming system is constructed by a pressure control means consisting of the following. Here, raw fuel 1
The flow rate command value is set in advance to a value slightly larger than the steady value of the raw fuel flow rate required to obtain a predetermined reforming pressure at each load.

次に、かかる如く構成した燃料電池発電システムの作用
について述べる。
Next, the operation of the fuel cell power generation system configured as described above will be described.

第1図において、改質用の原燃料1と水蒸気は燃料改質
装置5へ導入され、この際の原燃料1の流量は、原燃料
流量演算装置38Aから燃料電池12の負荷電流検出信
@37に応じて与えられる。
In FIG. 1, the raw fuel 1 for reforming and steam are introduced into the fuel reformer 5, and the flow rate of the raw fuel 1 at this time is determined by the load current detection signal of the fuel cell 12 from the raw fuel flow rate calculation device 38A. Given according to 37.

予め各負荷において所定改質圧力を得るのに必要となる
原燃料流量の定常値よりもやや大きめの値に設定した原
燃料1の流量指令値と、流量検出器39による原燃料1
の供給ラインを流れる原燃料1の流量検出値との偏差に
基づいて、原燃料流量υ1m装置38Bにより制御され
る。こうして制御された原燃料1と水蒸気との混合ガス
は、燃料改質装置5の改質反応管6を通して改質ガスに
改質され、さらに高温変成器7.低温変成器8を通して
変成され水素リッチな改質ガスとなる。
The flow rate command value of the raw fuel 1 is set in advance to a value slightly larger than the steady value of the raw fuel flow rate required to obtain a predetermined reforming pressure at each load, and the raw fuel 1 is determined by the flow rate detector 39.
The raw fuel flow rate υ1m is controlled by the raw fuel flow rate υ1m device 38B based on the deviation from the detected flow rate value of the raw fuel 1 flowing through the supply line. The thus controlled mixed gas of the raw fuel 1 and steam is reformed into a reformed gas through the reforming reaction tube 6 of the fuel reformer 5, and further reformed into a reformed gas through the high temperature shift converter 7. The gas is transformed through the low-temperature transformer 8 and becomes a hydrogen-rich reformed gas.

一方、低温変成器8の出口側の改質ガスの圧力は圧力検
出器29により検出され、この圧力検出器29からの圧
力検出値と圧力設定値との偏差に基づいて、改質系圧力
制御袋[40によりバイパスライン10上に設けられた
バイパス流量制御弁11の開度を制御することによって
、燃料改質系の圧力がtiIIlllされる。すなわち
、もし燃料電池12の燃料極12Aへの供給燃料ガス流
量が増加して燃料改質系の圧力が低下する場合には、バ
イパスライン10を通しての補助バーナ9へのバイパス
流量を減らし、逆に燃料電池12の燃料極12Aへの供
給燃料ガス流量が減少して燃料改質系の圧力が上昇する
場合には、バイパスライン10を通しての補助バーナ9
へのバイパス流量を増加させる。
On the other hand, the pressure of the reformed gas on the outlet side of the low-temperature shift converter 8 is detected by a pressure detector 29, and the reforming system pressure is controlled based on the deviation between the pressure detection value from the pressure detector 29 and the pressure setting value. By controlling the opening degree of the bypass flow control valve 11 provided on the bypass line 10 using the bag [40], the pressure of the fuel reforming system is controlled. That is, if the flow rate of fuel gas supplied to the fuel electrode 12A of the fuel cell 12 increases and the pressure of the fuel reforming system decreases, the bypass flow rate to the auxiliary burner 9 through the bypass line 10 is reduced, and vice versa. When the flow rate of fuel gas supplied to the fuel electrode 12A of the fuel cell 12 decreases and the pressure of the fuel reforming system increases, the auxiliary burner 9 through the bypass line 10
Increase bypass flow to.

このように、原燃料1の流量は燃料電池12の負荷電流
に応じて与えられる一定値に制御しながら、目標燃料改
質圧力とするのに過剰となる改質後の改質ガスのみを、
バイパスライン10上に設けられたバイパス流量υ11
[l弁11によって逃がすことにより、燃料改質系の圧
力制御が行なわれることになる。なお上記で、原燃料流
量をその必要定常値よりもやや大きめに設定しているの
は、燃料改質系圧力の低下時にも対処し得ることを考慮
したためである。
In this way, while controlling the flow rate of the raw fuel 1 to a constant value given according to the load current of the fuel cell 12, only the reformed gas after reforming that is excessive to achieve the target fuel reforming pressure is
Bypass flow rate υ11 provided on the bypass line 10
[The pressure of the fuel reforming system is controlled by releasing the fuel through the l valve 11. Note that the reason why the raw fuel flow rate is set to be slightly larger than the required steady-state value in the above is because it is possible to cope with a decrease in the fuel reforming system pressure.

上述したように本実施例では、燃料改質装置5の改質反
応触媒層の温度を制御するために、燃料電池12の燃料
極12Aへの供給燃料ガス流量が変化しても、燃料改質
装置5での改質ガスの改質量は同一負荷電流の下では常
に一定に保たれることになり、この結果温度別即時の逆
応答減少がなくなるため、燃料改質装置25の改質反応
触媒層の制御性(応答性、安定性)をより一層向上させ
ることが可能となる。従って、燃料改質袋[5の改質反
応触媒層の応答性が向上すればシステムとしての応答性
の向上につながり、負荷応答性を向上させて厳しい仕様
にも十分に対処することができる。
As described above, in this embodiment, in order to control the temperature of the reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer 5, even if the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel electrode 12A of the fuel cell 12 changes, the fuel reforming is performed. The reformed amount of the reformed gas in the device 5 is always kept constant under the same load current, and as a result, there is no immediate reverse response decrease depending on temperature, so that the reforming reaction catalyst in the fuel reformer 25 It becomes possible to further improve the controllability (responsiveness, stability) of the layer. Therefore, if the responsiveness of the reforming reaction catalyst layer of the fuel reforming bag [5 is improved, the responsiveness of the system will be improved, the load responsiveness will be improved, and strict specifications can be satisfactorily met.

次に、本発明の他の実施例について図面を参照して説明
する。
Next, other embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第2図は、本発明による燃料電池発電システムのその他
の構成例をブロック的に示すものであり、第1図と同一
部分には同一符号を付して示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 in block form another example of the configuration of the fuel cell power generation system according to the present invention, and the same parts as in FIG. Only the different parts will be described.

すなわち第2図は、前述した第1図の構成において、燃
料電池12の酸化剤極12Bから排出される排ガスと燃
料改質装置5から排出される高温排ガス17との合流点
のシステム圧力を検出する圧力検出器41と、バイパス
ライン10を流れる改質ガスの流量を検出する流量検出
器42と、圧力検出器41による圧力検出値、流量検出
器42による流量検出値、圧力設定値に基づいて補助バ
ーナ用燃料の流量指令値を得るシステム圧力制御装置4
3Aと、補助バーナ用燃料供給ライン21を流れる補助
バーナ用燃料の流量を検出する流量検出器44と、この
流量検出器44による補助バーナ用燃料の流量検出値と
、システム圧力制御装置43Aからの補助バーナ用燃料
の流量指令値との比較結果である偏差に基づいて、当該
補助バーナ用燃料供給ライン21上に設けられた補助バ
ーナ用燃料流量制御弁22の開度を制御する補助バーナ
用燃料流山制御装置43Bとにより、システム圧力別面
系を構成するようにしたものである。
That is, FIG. 2 shows the detection of the system pressure at the confluence point of the exhaust gas discharged from the oxidizer electrode 12B of the fuel cell 12 and the high-temperature exhaust gas 17 discharged from the fuel reformer 5 in the configuration shown in FIG. 1 described above. a pressure detector 41 that detects the flow rate of the reformed gas flowing through the bypass line 10; a flow rate detector 42 that detects the flow rate of the reformed gas flowing through the bypass line 10; System pressure control device 4 that obtains the flow rate command value of fuel for auxiliary burner
3A, a flow rate detector 44 that detects the flow rate of the auxiliary burner fuel flowing through the auxiliary burner fuel supply line 21, a flow rate value of the auxiliary burner fuel detected by the flow rate detector 44, and a flow rate value from the system pressure control device 43A. Auxiliary burner fuel that controls the opening degree of the auxiliary burner fuel flow control valve 22 provided on the auxiliary burner fuel supply line 21 based on the deviation that is the result of comparison with the auxiliary burner fuel flow rate command value. The flow mountain control device 43B constitutes a separate system pressure system.

次に、かかる如く構成した燃料電池発電システムの作用
について述べる。
Next, the operation of the fuel cell power generation system configured as described above will be described.

すなわち、上述した第1図の実施例において、バイパス
ライン10を通して補助バーナ9へ流入する改質ガスは
、当該補助バーナ9での燃焼量を変動させて、システム
圧力ill t[に対する外乱となる。この点本実施例
では、上述の外乱を流量検出器42により検出して、圧
力検出器41によるシステム圧力の検出値とともにシス
テム圧力制御装置43Aへ入力し、このシステム圧力制
御装置43Aにより圧力検出器41による圧力検出値と
圧力設定値との偏差に見合った操作用燃料流量から、外
乱燃料と熱量的に等しい操作燃料を差引いたものを、補
助バーナ用燃料の流量指令値として補助バーナ用燃料流
量制御装置43Bへ与え、さらにこの補助バーナ用燃料
流量制御装置43Bは補助バーナ用燃料の流量指令値と
流量検出器44による補助バーナ用燃料の流量検出値と
の偏差に基づいて、補助バーナ用燃料供給ライン21上
に設けられた補助バーナ用燃料流山制御弁22の開度を
制御して補助バーナ用燃料の流量制御を行なうことによ
り、上述した外乱の影響が抑えられることになる。
That is, in the embodiment shown in FIG. 1 described above, the reformed gas flowing into the auxiliary burner 9 through the bypass line 10 changes the amount of combustion in the auxiliary burner 9, causing a disturbance to the system pressure illt[. In this regard, in this embodiment, the above-mentioned disturbance is detected by the flow rate detector 42 and inputted together with the detected value of the system pressure by the pressure detector 41 to the system pressure control device 43A. The fuel flow rate for the auxiliary burner is determined by subtracting the operating fuel that is calorifically equal to the disturbance fuel from the operating fuel flow rate commensurate with the deviation between the pressure detection value and the pressure setting value by 41, as the auxiliary burner fuel flow rate command value. The auxiliary burner fuel flow control device 43B controls the auxiliary burner fuel based on the deviation between the auxiliary burner fuel flow rate command value and the auxiliary burner fuel flow rate detected by the flow rate detector 44. By controlling the opening degree of the auxiliary burner fuel flow control valve 22 provided on the supply line 21 to control the flow rate of the auxiliary burner fuel, the influence of the above-mentioned disturbance can be suppressed.

第3図は、本発明による燃料電池発電システムのその他
の構成例をブロック的に示すものであり、第1図と同一
部分には同一符号を付して示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. 3 is a block diagram showing another configuration example of the fuel cell power generation system according to the present invention, and the same parts as in FIG. Only the different parts will be described.

すなわち第3図は、前述した第1図の構成において、バ
イパスライン10上におけるバイパス流量制御弁11と
補助バーナ9との間に、圧力変動吸収用のアブソーバタ
ンク45を設けるようにしたものである。
That is, FIG. 3 shows a configuration in which an absorber tank 45 for absorbing pressure fluctuations is provided between the bypass flow control valve 11 and the auxiliary burner 9 on the bypass line 10 in the configuration shown in FIG. 1 described above. .

すなわち、第1図の実施例において、バイパスライン1
0を通して補助バーナ9へ流入する改質ガスは、当該補
助バーナ9での燃焼量を変動させて、システム圧力制御
に対する外乱となることは前述したが、この対策として
本実施例ではアブソーバタンク45を設けることにより
、外乱の変動を緩和してシステム圧力制御を補助するこ
とができる。
That is, in the embodiment of FIG.
As mentioned above, the reformed gas flowing into the auxiliary burner 9 through the auxiliary burner 9 changes the amount of combustion in the auxiliary burner 9 and causes a disturbance to the system pressure control. By providing this, disturbance fluctuations can be mitigated to assist in system pressure control.

その他、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を変更しない範囲で種々に変形して実
施することができるものである。
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications without changing the gist thereof.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、改質反応触媒層の
温度制御による燃料電池への供給燃料ガス流量変化に対
し、原燃料の流量を一定に保って改質反応触媒層の温度
制御を容易に行なうことができ、また当該制御による燃
料改質系の圧力制御によって生じるシステム圧力の変動
を極力小さく抑え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。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the reforming reaction catalyst can maintain the raw fuel flow rate constant in response to changes in the flow rate of fuel gas supplied to the fuel cell due to temperature control of the reforming reaction catalyst layer. It is possible to provide an extremely reliable fuel cell power generation system in which the temperature of the layer can be easily controlled and fluctuations in the system pressure caused by the pressure control of the fuel reforming system can be suppressed to the minimum possible level.

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

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
を示すブロック図、第2図および第3図は本発明による
燃料電池発電システムの他の実施例を夫々示すブロック
図、第4図は従来の燃料電池発電システムの一例を示す
ブロック図、第5図は従来の改質系圧力制御により燃料
改質装置1度制御用の電池供給燃料流量をステップ変化
させた場合に起きる改質反応触媒I温度の逆応答を示す
図である。 1・・・原燃料、2・・・スチーム供給器、3・・・原
燃料流量制御弁、4・・・スチーム流量制御弁、5・・
・燃料改質装置、6・・・改質反応管、7・・・高温変
成器、8・・・低温変成器、9・・・補助バーナ、1o
・・・バイパスライン、11・・・バイパス流量制御弁
、12・・・燃料電池、12A・・・燃料極、12B・
・・酸化剤極、13・・・燃料ガス供給ライン、14・
・・燃料流山制御弁、15・・・燃料ガス排出ライン、
16・・・バーナ、17・・・高温排ガス、18・・・
酸化剤ガス排出ライン、19・・・混合器、20・・・
空気供給装置、2OA・・・タービン、20B・・・コ
ンプレッサ、21・・・補助バーナ用燃料供給ライン、
22・・・補助バーナ用燃料流量制御弁、 23・・・
酸化剤ガス流量制御弁、24・・・酸化剤ガス流量制御
弁、25・・・酸化剤ガス供給ライン、 26・・・酸
化剤ガス流量制卸弁、27・・・システム差圧制御弁、
28・・・インバータ、29・・・圧力検出器、 30
・・・圧力制御装置、31・・・温度検出器、 32・
・・温度制御装置、33・・・流量検出器、 34・・
・流量制卸装置、35・・・圧力検出器、36・・・シ
ステム圧力制御装置、37・・・負荷電流の検出信号、
38A・・・原燃料流量演算装置、 38B・・・原燃
料流量制御装置、39・・・流量検出器、40・・・改
質系圧力制御装置、41・・・圧力検出器、42・・・
流量検出器、43A・・・システム圧力制御装置、43
B・・・補助バーナ用燃料流量制御装置、44・・・流
量検出器、45・・・アブソーバタンク。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing other embodiments of the fuel cell power generation system according to the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention. A block diagram showing an example of a conventional fuel cell power generation system. Figure 5 shows the reforming reaction catalyst that occurs when the flow rate of fuel supplied to the cell for one-time control of the fuel reformer is changed in steps by conventional reforming system pressure control. It is a figure which shows the inverse response of I temperature. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Raw fuel, 2... Steam supply device, 3... Raw fuel flow control valve, 4... Steam flow control valve, 5...
・Fuel reformer, 6... Reforming reaction tube, 7... High temperature shift converter, 8... Low temperature shift converter, 9... Auxiliary burner, 1o
...Bypass line, 11...Bypass flow control valve, 12...Fuel cell, 12A...Fuel electrode, 12B...
...Oxidizer electrode, 13...Fuel gas supply line, 14.
...Fuel flow control valve, 15...Fuel gas discharge line,
16...Burner, 17...High temperature exhaust gas, 18...
Oxidizing gas discharge line, 19... mixer, 20...
Air supply device, 2OA...turbine, 20B...compressor, 21...fuel supply line for auxiliary burner,
22... Auxiliary burner fuel flow control valve, 23...
Oxidizing gas flow control valve, 24... Oxidizing gas flow control valve, 25... Oxidizing gas supply line, 26... Oxidizing gas flow rate control valve, 27... System differential pressure control valve,
28... Inverter, 29... Pressure detector, 30
...pressure control device, 31...temperature detector, 32.
...Temperature control device, 33...Flow rate detector, 34...
・Flow rate control device, 35... Pressure detector, 36... System pressure control device, 37... Load current detection signal,
38A... Raw fuel flow rate calculation device, 38B... Raw fuel flow rate control device, 39... Flow rate detector, 40... Reforming system pressure control device, 41... Pressure detector, 42...・
Flow rate detector, 43A... System pressure control device, 43
B...Fuel flow rate control device for auxiliary burner, 44...Flow rate detector, 45...Absorber tank.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)内部に改質反応触媒層が設けられた改質反応管の
内側に原燃料およびスチームの混合ガスを導入すると共
に、前記改質反応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、タービンおよびコンプレッサからなり、大気中の空
気を圧縮して圧縮空気を得る空気供給装置と、前記燃料
改質装置からの改質ガスを燃料ガスとして燃料極に導入
すると共に空気供給装置からの圧縮空気を酸化剤ガスと
して酸化剤極に導入し、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
、補助バーナ用燃料の供給ラインを介して供給される燃
料、および前記燃料改質装置からバイパスラインを介し
て導入される改質ガスの一部を、前記空気供給装置から
の圧縮空気の一部により燃焼させる補助バーナと、この
補助バーナから排出される燃焼ガス、前記燃料電池の酸
化剤極から排出される排ガス、前記燃料改質装置から排
出される高温排ガス、および前記空気供給装置からの圧
縮空気の一部を混合させ、かつこの混合ガスを前記空気
供給装置の駆動用エネルギーとして供給する混合器とを
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導入する
と共に、前記空気供給装置からの圧縮空気の一部を前記
燃料改質装置の燃焼用空気として導入するようにした燃
料電池発電システムにおいて、前記燃料電池の負荷電流
の関数として与えられる原燃料の流量指令値と、前記原
燃料の供給ラインを流れる原燃料の流量検出値との比較
結果に基づいて、当該原燃料供給ライン上に設けられた
原燃料流量制御弁の開度を制御する流量制御手段、およ
び前記燃料改質装置の出口側の改質ガスの圧力検出値と
圧力設定値との比較結果に基づいて、前記バイパスライ
ン上に設けられたバイパス流量制御弁の開度を制御する
圧力制御手段からなる燃料改質系圧力制御手段と、 前記燃料改質装置の改質反応触媒層の温度検出値と温度
設定値との比較値と、前記燃料電池の燃料極への燃料ガ
スの供給ラインを流れる燃料ガスの流量検出値との比較
結果に基づいて、当該燃料ガス供給ライン上に設けられ
た第1の燃料流量制御弁の開度を制御する改質反応触媒
層温度制御手段と、 前記燃料電池の酸化剤極から排出される排ガスと前記燃
料改質装置から排出される高温排ガスとの合流点の圧力
検出値と圧力設定値との比較結果に基づいて、前記補助
バーナ用燃料の供給ライン上に設けられた第2の燃料流
量制御弁の開度を制御するシステム圧力制御手段と、 を備えてなることを特徴とする燃料電池発電システム。
(1) A mixed gas of raw fuel and steam is introduced inside a reforming reaction tube in which a reforming reaction catalyst layer is provided, and combustion fuel and combustion air are combusted outside the reforming reaction tube. The air supply system consists of a fuel reformer that generates reformed gas by circulating high-temperature combustion gas obtained by combustion in a burner in the chamber, a turbine, and a compressor, and compresses air in the atmosphere to obtain compressed air. The reformed gas from the fuel reformer is introduced into the fuel electrode as a fuel gas, and the compressed air from the air supply device is introduced into the oxidizer electrode as an oxidant gas, and an electrochemical reaction occurs at this time. A fuel cell that extracts electrical energy from between both electrodes, fuel supplied via an auxiliary burner fuel supply line, and a portion of reformed gas introduced from the fuel reformer via a bypass line, an auxiliary burner that is combusted by a portion of the compressed air from the air supply device; combustion gas discharged from the auxiliary burner; exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the fuel cell; and exhaust gas discharged from the fuel reformer. a mixer that mixes high-temperature exhaust gas and a portion of the compressed air from the air supply device and supplies this mixed gas as driving energy for the air supply device; A fuel cell power generation device in which exhaust gas discharged from the fuel reformer is introduced as combustion fuel for the fuel reformer, and a portion of compressed air from the air supply device is introduced as combustion air for the fuel reformer. In the system, based on a comparison result between a raw fuel flow rate command value given as a function of the load current of the fuel cell and a detected flow rate value of raw fuel flowing through the raw fuel supply line, Flow control means for controlling the opening degree of a raw fuel flow control valve provided in A fuel reforming system pressure control means comprising a pressure control means for controlling the opening degree of a bypass flow control valve provided on the line; and a temperature detection value and a temperature setting value of a reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer. and a detected flow rate value of the fuel gas flowing through the fuel gas supply line to the fuel electrode of the fuel cell, a first fuel flow rate control provided on the fuel gas supply line. a reforming reaction catalyst layer temperature control means for controlling the opening degree of a valve; a detected pressure value at a confluence point of exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the fuel cell and high temperature exhaust gas discharged from the fuel reformer; System pressure control means for controlling the opening degree of a second fuel flow control valve provided on the auxiliary burner fuel supply line based on a comparison result with a pressure setting value. A fuel cell power generation system.
(2)バイパスライン上におけるバイパス流量制御弁と
補助バーナとの間に、圧力変動吸収用のアブソーバタン
クを設けるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載の燃料電池発電システム。
(2) Fuel cell power generation according to claim (1), characterized in that an absorber tank for absorbing pressure fluctuations is provided between the bypass flow control valve and the auxiliary burner on the bypass line. system.
(3)内部に改質反応触媒層が設けられた改質反応管の
内側に原燃料およびスチームの混合ガスを導入すると共
に、前記改質反応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、タービンおよびコンプレッサからなり、大気中の空
気を圧縮して圧縮空気を得る空気供給装置と、前記燃料
改質装置からの改質ガスを燃料ガスとして燃料極に導入
すると共に空気供給装置からの圧縮空気を酸化剤ガスと
して酸化剤極に導入し、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
、補助バーナ用燃料の供給ラインを介して供給される燃
料、および前記燃料改質装置からバイパスラインを介し
て導入される改質ガスの一部を、前記空気供給装置から
の圧縮空気の一部により燃焼させる補助バーナと、この
補助バーナから排出される燃焼ガス、前記燃料電池の酸
化剤極から排出される排ガス、前記燃料改質装置から排
出される高温排ガス、および前記空気供給装置からの圧
縮空気の一部を混合させ、かつこの混合ガスを前記空気
供給装置の駆動用エネルギーとして供給する混合器とを
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導入する
と共に、前記空気供給装置からの圧縮空気の一部を前記
燃料改質装置の燃焼用空気として導入するようにした燃
料電池発電システムにおいて、前記燃料電池の負荷電流
の関数として与えられる原燃料の流量指令値と、前記原
燃料の供給ラインを流れる原燃料の流量検出値との比較
結果に基づいて、当該原燃料供給ライン上に設けられた
原燃料流量制御弁の開度を制御する流量制御手段、およ
び前記燃料改質装置の出口側の改質ガスの圧力検出値と
圧力設定値との比較結果に基づいて、前記バイパスライ
ン上に設けられたバイパス流量制御弁の開度を制御する
圧力制御手段からなる燃料改質系圧力制御手段と、 前記燃料改質装置の改質反応触媒層の温度検出値と温度
設定値との比較値と、前記燃料電池の燃料極への燃料ガ
スの供給ラインを流れる燃料ガスの流量検出値との比較
結果に基づいて、当該燃料ガス供給ライン上に設けられ
た第1の燃料流量制御弁の開度を制御する改質反応触媒
層温度制御手段と、 前記燃料電池の酸化剤極から排出される排ガスと前記燃
料改質装置から排出される高温排ガスとの合流点の圧力
検出値、圧力設定値、および前記バイパスラインを流れ
る改質ガスの流量検出値に基づいて得られる補助バーナ
燃料の流量指令値と、前記補助バーナ用燃料の供給ライ
ンを流れる補助バーナ用燃料の流量検出値との比較結果
に基づいて、当該補助バーナ用燃料供給ライン上に設け
られた第2の燃料流量制御弁の開度を制御するシステム
圧力制御手段と、 を備えてなることを特徴とする燃料電池発電システム。
(3) A mixed gas of raw fuel and steam is introduced into the reforming reaction tube in which a reforming reaction catalyst layer is provided, and combustion fuel and combustion air are combusted outside the reforming reaction tube. The air supply system consists of a fuel reformer that generates reformed gas by circulating high-temperature combustion gas obtained by combustion in a burner in the chamber, a turbine, and a compressor, and compresses air in the atmosphere to obtain compressed air. The reformed gas from the fuel reformer is introduced into the fuel electrode as a fuel gas, and the compressed air from the air supply device is introduced into the oxidizer electrode as an oxidant gas, and an electrochemical reaction occurs at this time. A fuel cell that extracts electrical energy from between both electrodes, fuel supplied via an auxiliary burner fuel supply line, and a portion of reformed gas introduced from the fuel reformer via a bypass line, an auxiliary burner that is combusted by a portion of the compressed air from the air supply device; combustion gas discharged from the auxiliary burner; exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the fuel cell; and exhaust gas discharged from the fuel reformer. a mixer that mixes high-temperature exhaust gas and a portion of the compressed air from the air supply device and supplies this mixed gas as driving energy for the air supply device; A fuel cell power generation device in which exhaust gas discharged from the fuel reformer is introduced as combustion fuel for the fuel reformer, and a portion of compressed air from the air supply device is introduced as combustion air for the fuel reformer. In the system, based on a comparison result between a raw fuel flow rate command value given as a function of the load current of the fuel cell and a detected flow rate value of raw fuel flowing through the raw fuel supply line, Flow control means for controlling the opening degree of a raw fuel flow control valve provided in A fuel reforming system pressure control means comprising a pressure control means for controlling the opening degree of a bypass flow control valve provided on the line; and a temperature detection value and a temperature setting value of a reforming reaction catalyst layer of the fuel reformer. and a detected flow rate value of the fuel gas flowing through the fuel gas supply line to the fuel electrode of the fuel cell, a first fuel flow rate control provided on the fuel gas supply line. a reforming reaction catalyst layer temperature control means for controlling the opening degree of the valve; a detected pressure value at the confluence point of the exhaust gas discharged from the oxidizer electrode of the fuel cell and the high temperature exhaust gas discharged from the fuel reformer; A flow rate command value of auxiliary burner fuel obtained based on a pressure setting value and a detected flow rate value of reformed gas flowing through the bypass line, and a detected flow rate value of auxiliary burner fuel flowing through the auxiliary burner fuel supply line. A system pressure control means for controlling the opening degree of a second fuel flow control valve provided on the fuel supply line for the auxiliary burner based on the comparison result of the fuel cell power generation. system.
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