JPS63291366A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPS63291366A JPS63291366A JP62125507A JP12550787A JPS63291366A JP S63291366 A JPS63291366 A JP S63291366A JP 62125507 A JP62125507 A JP 62125507A JP 12550787 A JP12550787 A JP 12550787A JP S63291366 A JPS63291366 A JP S63291366A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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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-
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、アルコール等の液体原料からなる改質原料を
水素に富むガスに改質する燃料改質器と前記改質された
ガスが供給される燃料電池とからなる燃料電池発電装置
に関する。
水素に富むガスに改質する燃料改質器と前記改質された
ガスが供給される燃料電池とからなる燃料電池発電装置
に関する。
アルコール等を原料として燃料電池へ燃料ガスを供給す
るには、改質原料であるアルコール等の液体原料を気化
した上でさらに水素に富むガスに改質することが必要で
あや、このために燃料電池発電装置には燃料改質器が組
み込まれている。ここで前記のようにアルコール等を燃
料ガスの原料とした燃料電池の発電装置の一般構成を第
３図に示す。図において、ｌは燃料電池、２はアルコー
ル等の液体原料を収容した原料タンクであり、原ぶ送凝
ポンプ１２と流量計２０とを備えた燃料供□給系３には
燃料改質器４が介挿設置されている。
るには、改質原料であるアルコール等の液体原料を気化
した上でさらに水素に富むガスに改質することが必要で
あや、このために燃料電池発電装置には燃料改質器が組
み込まれている。ここで前記のようにアルコール等を燃
料ガスの原料とした燃料電池の発電装置の一般構成を第
３図に示す。図において、ｌは燃料電池、２はアルコー
ル等の液体原料を収容した原料タンクであり、原ぶ送凝
ポンプ１２と流量計２０とを備えた燃料供□給系３には
燃料改質器４が介挿設置されている。
なお５は燃料電池のカソード側に酸化剤ガスとしての空
気を供給する空気供給系、６は燃料電池冷却用の空気を
送り込む冷却空気供給系である。
気を供給する空気供給系、６は燃料電池冷却用の空気を
送り込む冷却空気供給系である。
なお、冷却空気供給系６は燃料改質器４のパーナ７から
の燃焼ガスの排出系統１４と合流し、燃料電池１から排
出される冷却空気の高温の排熱空気はバーナ７からの燃
焼ガスと混合して気化器９が配設された加熱室１９に供
給される。
の燃焼ガスの排出系統１４と合流し、燃料電池１から排
出される冷却空気の高温の排熱空気はバーナ７からの燃
焼ガスと混合して気化器９が配設された加熱室１９に供
給される。
燃料改質器４は外部から供給されたアルコール等の液体
原料を気化する気化器９と、バーナ７を装備した炉体と
してなる本体容器８内の気化器９を経てガス化された原
料ガスを触媒との接触反応により水素に富むガスに改質
する反応器１０とで構成されている。燃料改質器４に供
給する液体原料の流値は負荷量に比例するので、この液
体原料の流量制御系統として燃料電池１の出力側に負荷
検出器としての電流検出器１８と、負荷量に比例する液
体原料流量を演算する演算器２１と、液体原料の流量を
検出する流量計２０と、演算器２１からの液体原料流量
信号と流量計２０からの検出流量信号が入力され、液体
原料流量を制御する制御信号を出力する流量調節器２２
とが設けられているＯ かかる構成において、運転時には燃料電池１のアノード
側から排出されるオフガスと空気ブロア１１により吸気
された燃焼空気とが一緒にバーナ７で燃焼され、燃焼室
内に配備された前記の反応器１０を加熱する。一方アル
コール等の液体原料は原料タンク２から送液ポンプ１２
を紗て気化器９に送り込まれ、主に燃料電池からの排熱
空気のもつ熱により加熱され、気化器９内でガス化され
た後に反応器１０内で水素に富むガスに改質されて燃料
電池１のアノード側に供給される。そして空気供給系５
から燃料電池１のカンニド側に空気が供給されて燃料電
池は電池反応により発電をし、外部の負荷に電力を供給
している。この際電流検出器１８で検出した負荷量に応
じて演算器２１で負荷量に比例する量として演算された
液体原料の流量信号が演算器２１から出力されて流量調
節器２２に入力され、流量計２０で検出された液体原料
流量信号のフィードバックにより送液ポンプ１２の回転
数が制御されて負荷に具合う液体原料流量が燃料改質器
４に送入され、燃料改質器にて負荷が必要とする改質ガ
スを生成し、燃料電池に供給する。
原料を気化する気化器９と、バーナ７を装備した炉体と
してなる本体容器８内の気化器９を経てガス化された原
料ガスを触媒との接触反応により水素に富むガスに改質
する反応器１０とで構成されている。燃料改質器４に供
給する液体原料の流値は負荷量に比例するので、この液
体原料の流量制御系統として燃料電池１の出力側に負荷
検出器としての電流検出器１８と、負荷量に比例する液
体原料流量を演算する演算器２１と、液体原料の流量を
検出する流量計２０と、演算器２１からの液体原料流量
信号と流量計２０からの検出流量信号が入力され、液体
原料流量を制御する制御信号を出力する流量調節器２２
とが設けられているＯ かかる構成において、運転時には燃料電池１のアノード
側から排出されるオフガスと空気ブロア１１により吸気
された燃焼空気とが一緒にバーナ７で燃焼され、燃焼室
内に配備された前記の反応器１０を加熱する。一方アル
コール等の液体原料は原料タンク２から送液ポンプ１２
を紗て気化器９に送り込まれ、主に燃料電池からの排熱
空気のもつ熱により加熱され、気化器９内でガス化され
た後に反応器１０内で水素に富むガスに改質されて燃料
電池１のアノード側に供給される。そして空気供給系５
から燃料電池１のカンニド側に空気が供給されて燃料電
池は電池反応により発電をし、外部の負荷に電力を供給
している。この際電流検出器１８で検出した負荷量に応
じて演算器２１で負荷量に比例する量として演算された
液体原料の流量信号が演算器２１から出力されて流量調
節器２２に入力され、流量計２０で検出された液体原料
流量信号のフィードバックにより送液ポンプ１２の回転
数が制御されて負荷に具合う液体原料流量が燃料改質器
４に送入され、燃料改質器にて負荷が必要とする改質ガ
スを生成し、燃料電池に供給する。
ところで、燃料電池の運転に際しては、燃料電池１へ供
給する反応ガスとしての空気および燃料ガスの供給圧力
を一定に保持してバランスを図ることが燃料電池の寿命
低下を防止する上で極めて重要である。このために燃料
ガス供給系では燃料改質器を通じて燃料電池へ送出する
燃料ガスの供給圧力を常に一定値に保持する必要がある
〇しかしながら前記した従来構成の燃料改質器のままで
は、運転時に燃料改質器で得られる燃料ガスである改質
ガス圧力が時間軸に対して大幅に変動する現象が見られ
、このことが燃料電池１における燃料側の圧力変動の大
きな原因となっている〇特に燃料電池負荷が増加し、こ
れＫともない液体原料の供給量が増加した場合にこの変
動が著しく発生し、たとえば電池負荷の上昇速度によっ
ては燃料電池負荷に応じた改質ガス量を供給できないよ
うな事態が発生するおそれがあるため燃料電池負荷の上
昇速度を著しく遅くする必要があった◇このために従来
では第３図において燃料改質器４の出口側と燃料電池１
との間に１３で示すバッファタンク、あるいは絞りを使
用した圧力調整弁等としてなる圧力変動防止手段を介装
し、燃料電池１に供給する改質ガスの供給圧力の変動を
小さく抑える方法が採用さ−れている。
給する反応ガスとしての空気および燃料ガスの供給圧力
を一定に保持してバランスを図ることが燃料電池の寿命
低下を防止する上で極めて重要である。このために燃料
ガス供給系では燃料改質器を通じて燃料電池へ送出する
燃料ガスの供給圧力を常に一定値に保持する必要がある
〇しかしながら前記した従来構成の燃料改質器のままで
は、運転時に燃料改質器で得られる燃料ガスである改質
ガス圧力が時間軸に対して大幅に変動する現象が見られ
、このことが燃料電池１における燃料側の圧力変動の大
きな原因となっている〇特に燃料電池負荷が増加し、こ
れＫともない液体原料の供給量が増加した場合にこの変
動が著しく発生し、たとえば電池負荷の上昇速度によっ
ては燃料電池負荷に応じた改質ガス量を供給できないよ
うな事態が発生するおそれがあるため燃料電池負荷の上
昇速度を著しく遅くする必要があった◇このために従来
では第３図において燃料改質器４の出口側と燃料電池１
との間に１３で示すバッファタンク、あるいは絞りを使
用した圧力調整弁等としてなる圧力変動防止手段を介装
し、燃料電池１に供給する改質ガスの供給圧力の変動を
小さく抑える方法が採用さ−れている。
しかしながら、上記の改質ガスの供給圧力の変動を小さ
くする圧力変動防止手段１３としてバッファタンクを設
けた従来の方式ではそのタンク容積が大となり、特に車
両動力用として車両に搭載した小容量の燃料電池発電装
置では設備が大形化する。また絞りとしての圧力調整弁
を介装した方式では燃料改質器４に内蔵した反応器の内
部圧を大幅に高めることになって耐圧性の面で好ましく
ない等の欠点がある。
くする圧力変動防止手段１３としてバッファタンクを設
けた従来の方式ではそのタンク容積が大となり、特に車
両動力用として車両に搭載した小容量の燃料電池発電装
置では設備が大形化する。また絞りとしての圧力調整弁
を介装した方式では燃料改質器４に内蔵した反応器の内
部圧を大幅に高めることになって耐圧性の面で好ましく
ない等の欠点がある。
本発明の目的は、燃料改質器の気化管内を流れる改質原
料への加熱量を制御することにより改質ガスの圧力変動
を小さく抑えて負荷追従性のよい燃料電池発電装置を提
供することである。
料への加熱量を制御することにより改質ガスの圧力変動
を小さく抑えて負荷追従性のよい燃料電池発電装置を提
供することである。
上記の問題点を解決するために、本発明によれば改質原
料を気化器およびこの気化器からの気化ガスを水素に富
むガスに改質する反応器を有するバーナを備えた燃料改
質器と、前記反応器からの改質ガスが供給される燃料電
池とから々す、前記気化器を燃料電池からの排熱ガスに
より加熱する燃料電池発電装置において、前記気化器の
加熱量を調節する加熱調節器と、この気化器にて生成さ
れる気化ガスの温度を検出する温度検出器と、前記燃料
電池に加わる負荷量を検出する負荷検出器と、該負荷検
出器の負荷信号に基づき、改質原料の量に応じた温度の
目標値を算出する演算器と、温度検出器の検出値が演算
器の目標値となるように前記加熱調節器を制御する温度
調節器とを有するものとする。
料を気化器およびこの気化器からの気化ガスを水素に富
むガスに改質する反応器を有するバーナを備えた燃料改
質器と、前記反応器からの改質ガスが供給される燃料電
池とから々す、前記気化器を燃料電池からの排熱ガスに
より加熱する燃料電池発電装置において、前記気化器の
加熱量を調節する加熱調節器と、この気化器にて生成さ
れる気化ガスの温度を検出する温度検出器と、前記燃料
電池に加わる負荷量を検出する負荷検出器と、該負荷検
出器の負荷信号に基づき、改質原料の量に応じた温度の
目標値を算出する演算器と、温度検出器の検出値が演算
器の目標値となるように前記加熱調節器を制御する温度
調節器とを有するものとする。
燃料改質器の気化器に加熱調節器を設け、燃料改質器の
バーナからの燃焼ガスと燃料電池からの排熱ガスの他に
前記加熱調節器により気化器を加熱して液体状の改質原
料を気化し、前記の構成による気化ガスの制御系統によ
り加熱調節器の発生熱量を制御し、気化ガスの温度を燃
料電池の負荷量、すなわち前記改質原料の流量に応じた
目標値に制御することにより気化管だ与へる加熱量を制
御し、気化管内における気化が終了する点、すなわちド
ライアウト点の位置の変化速度を制御して反応器に供給
する気化ガスの圧力変動を小さくする。
バーナからの燃焼ガスと燃料電池からの排熱ガスの他に
前記加熱調節器により気化器を加熱して液体状の改質原
料を気化し、前記の構成による気化ガスの制御系統によ
り加熱調節器の発生熱量を制御し、気化ガスの温度を燃
料電池の負荷量、すなわち前記改質原料の流量に応じた
目標値に制御することにより気化管だ与へる加熱量を制
御し、気化管内における気化が終了する点、すなわちド
ライアウト点の位置の変化速度を制御して反応器に供給
する気化ガスの圧力変動を小さくする。
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図において第３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図の
実施例において第３図の従来例と異なるのは気化器９へ
の加熱量を調節する加熱調節器、例えば電気ヒータ１６
を管からなる気化器９に巻き付けて取付け、さらに気化
器９の出口気化ガスの温度検出器としての温度センサ１
７と燃料電池１からの電力の負荷検出器としての電流検
出器１８（従来技術のものと共用）゛と、温度センサー
７の検出温度信号および電流検出器１８からの検出電流
信号を入力し、負荷量、すなわち液体原料流量に応じた
気化器９の気化ガス出口温度の目標値を演算する演算器
２３と、演算器２３からの気化ガス出口温度目標値を入
力し、温度センサー７からの検出温度をフィートノ（ツ
クして電気ヒーター６の発生熱量を制御する制御信号を
出力する温度調節器２５とを設けたことである。なお気
化ガス出口温度の目標値は負荷量、すなわち液体原料供
給流量に比例して増加するようにとり、例えば第２図に
示すように燃料電池の定格負荷に対する負荷量Ｏ〜４／
に対して気化ガス出口温度の目標値が約２３０℃と２９
０℃との間で比例して増加するようにとっている。
図である。なお第１図において第３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図の
実施例において第３図の従来例と異なるのは気化器９へ
の加熱量を調節する加熱調節器、例えば電気ヒータ１６
を管からなる気化器９に巻き付けて取付け、さらに気化
器９の出口気化ガスの温度検出器としての温度センサ１
７と燃料電池１からの電力の負荷検出器としての電流検
出器１８（従来技術のものと共用）゛と、温度センサー
７の検出温度信号および電流検出器１８からの検出電流
信号を入力し、負荷量、すなわち液体原料流量に応じた
気化器９の気化ガス出口温度の目標値を演算する演算器
２３と、演算器２３からの気化ガス出口温度目標値を入
力し、温度センサー７からの検出温度をフィートノ（ツ
クして電気ヒーター６の発生熱量を制御する制御信号を
出力する温度調節器２５とを設けたことである。なお気
化ガス出口温度の目標値は負荷量、すなわち液体原料供
給流量に比例して増加するようにとり、例えば第２図に
示すように燃料電池の定格負荷に対する負荷量Ｏ〜４／
に対して気化ガス出口温度の目標値が約２３０℃と２９
０℃との間で比例して増加するようにとっている。
このような構成により運転時燃料電池の負荷が変化する
と、例えば負荷が増加すれば電流検出器１８により検出
された増加した負荷信号に応じて演算器２３で演算され
た気化ガス出口温度目標値が負荷変化前の目標値から変
化し第２図に示すように負荷量（液体原料流量に対応）
に比例して増加し、この増加した目標値が温度調節器２
５番て入力されて電気ヒータ１６の発生熱量を増加させ
るとともに温度センサ１７により検出された気化ガス出
口温度が温度調節器２５にフィードバックされて目標値
と比較され、その偏差がなくなるように制御されて気化
ガス出口温度は演算器２３から出力された目標値に制御
される。この制御過程においては増加した負荷量、すな
わち液体原料流量に対して過渡的には燃料電池１からの
排熱空気の烏 流量が不足するので電気ヒータ１６により気化り９ＩＰ
を加熱して気化ガスを所定の目標温度に制御し、燃料電
池１からの排熱空気の流量が、増加した負荷に応じた量
になれば電気ヒータ１６の発生熱量を下げるよう虻制御
して気化ガス出口温度を所定の目標値に制御している。
と、例えば負荷が増加すれば電流検出器１８により検出
された増加した負荷信号に応じて演算器２３で演算され
た気化ガス出口温度目標値が負荷変化前の目標値から変
化し第２図に示すように負荷量（液体原料流量に対応）
に比例して増加し、この増加した目標値が温度調節器２
５番て入力されて電気ヒータ１６の発生熱量を増加させ
るとともに温度センサ１７により検出された気化ガス出
口温度が温度調節器２５にフィードバックされて目標値
と比較され、その偏差がなくなるように制御されて気化
ガス出口温度は演算器２３から出力された目標値に制御
される。この制御過程においては増加した負荷量、すな
わち液体原料流量に対して過渡的には燃料電池１からの
排熱空気の烏 流量が不足するので電気ヒータ１６により気化り９ＩＰ
を加熱して気化ガスを所定の目標温度に制御し、燃料電
池１からの排熱空気の流量が、増加した負荷に応じた量
になれば電気ヒータ１６の発生熱量を下げるよう虻制御
して気化ガス出口温度を所定の目標値に制御している。
なお燃料電池ｌの負荷が減小した場合には上記と逆の制
御過程が行なわれる。
御過程が行なわれる。
ところで気化器９内で液体原料が気化終了する点、すな
わちドライアウトする点の位置は供給される液体原料の
流量の多少により大巾に変化するが、前記のように気化
ガス出口温度の目標値を負荷に比例した温度として気化
ガス出口温度を制御することにより、燃料電池の負荷の
増加に応答して目標値がより高くなって気化器内を流れ
るべき増加する液体原料流量に与える熱エネルギーを増
加させ、この熱エネルギーにより気化器内でのドライア
ウト点の位置の変化の速度を緩慢にして気化ガスの圧力
変動を小さくすることができる。なお、この小さな圧力
変動により燃料電池発電装置としての負荷応答性が早く
なる。また負荷変動時、気化ガス出口温度は電気ヒータ
を付加して前述し鳥 た目標値に制御されるので、反応質１０内の改質触媒の
一時的な温度低下を防ぎ、触媒性能を低下させない。
わちドライアウトする点の位置は供給される液体原料の
流量の多少により大巾に変化するが、前記のように気化
ガス出口温度の目標値を負荷に比例した温度として気化
ガス出口温度を制御することにより、燃料電池の負荷の
増加に応答して目標値がより高くなって気化器内を流れ
るべき増加する液体原料流量に与える熱エネルギーを増
加させ、この熱エネルギーにより気化器内でのドライア
ウト点の位置の変化の速度を緩慢にして気化ガスの圧力
変動を小さくすることができる。なお、この小さな圧力
変動により燃料電池発電装置としての負荷応答性が早く
なる。また負荷変動時、気化ガス出口温度は電気ヒータ
を付加して前述し鳥 た目標値に制御されるので、反応質１０内の改質触媒の
一時的な温度低下を防ぎ、触媒性能を低下させない。
以上の説明で明らかなように１本発明によれば気化器に
加熱調節器を取付け、気化ガス出口温度を負荷量、すな
わち液体原料供給流量に比例して増加する目標値に制御
するようにしたことくより、燃料電池の負荷変動時、加
熱調節器により気化ガス出口温度が前記目標値に制御さ
れるので、気化管内のドライアウト点の位置の変化の速
度が緩慢になって気化ガスの圧力変動が少なくなり、ま
たこれに伴って燃料電池発電装置としての負荷応答性が
早くなるという効果がある。
加熱調節器を取付け、気化ガス出口温度を負荷量、すな
わち液体原料供給流量に比例して増加する目標値に制御
するようにしたことくより、燃料電池の負荷変動時、加
熱調節器により気化ガス出口温度が前記目標値に制御さ
れるので、気化管内のドライアウト点の位置の変化の速
度が緩慢になって気化ガスの圧力変動が少なくなり、ま
たこれに伴って燃料電池発電装置としての負荷応答性が
早くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
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図における気化ガス出口温度目標値と
負荷量（液体原料供給流量）との関係を示すグラフ、第
３図は従来の燃料電池発電装置の系統図である。 １：燃料電池、４：燃料改質器、７：バーナ、９：気化
器、１０：反応器、１６：加熱調節器、１７：温度検出
器、１８：負荷検出器、２３：演算器、２５：温度調節
器。 代理人弁理士 山 口 ａ ’ｙｙ−，−、’、 ニ
ーを−と、二＞／ 貴 含 量 （ンｐ停原何忠＠流ｉ） 第２図
図、第２図は第１図における気化ガス出口温度目標値と
負荷量（液体原料供給流量）との関係を示すグラフ、第
３図は従来の燃料電池発電装置の系統図である。 １：燃料電池、４：燃料改質器、７：バーナ、９：気化
器、１０：反応器、１６：加熱調節器、１７：温度検出
器、１８：負荷検出器、２３：演算器、２５：温度調節
器。 代理人弁理士 山 口 ａ ’ｙｙ−，−、’、 ニ
ーを−と、二＞／ 貴 含 量 （ンｐ停原何忠＠流ｉ） 第２図
Claims (1)
- 改質原料を気化する気化器およびこれにより気化された
ガスを水素に富むガスに改質する反応器を有するバーナ
を備えた燃料改質器と、前記反応器からの改質ガスを供
給する燃料電池とからなり、前記気化器を燃料電池から
の排熱ガスにより加熱する燃料電池発電装置において、
前記気化器の加熱量を調節する加熱調節器と、この気化
器にて生成される気化ガスの温度を検出する温度検出器
と、前記燃料電池に加わる負荷量を検出する負荷検出器
と該負荷検出器の負荷信号に基づき、改良原料の量に応
じた温度の目標値を算出する演算器と、温度検出器の検
出値が演算器の目標値となるように前記加熱調節器を制
御する温度調節器とを有することを特徴とする燃料電池
発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62125507A JPS63291366A (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62125507A JPS63291366A (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63291366A true JPS63291366A (ja) | 1988-11-29 |
Family
ID=14911837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62125507A Pending JPS63291366A (ja) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63291366A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002358990A (ja) * | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Nagano Keiki Co Ltd | ガス昇圧システム |
-
1987
- 1987-05-22 JP JP62125507A patent/JPS63291366A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002358990A (ja) * | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Nagano Keiki Co Ltd | ガス昇圧システム |
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