JPS6340269A - 燃料電池発電プラントの冷却系制御装置 - Google Patents
燃料電池発電プラントの冷却系制御装置Info
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- JPS6340269A JPS6340269A JP61183969A JP18396986A JPS6340269A JP S6340269 A JPS6340269 A JP S6340269A JP 61183969 A JP61183969 A JP 61183969A JP 18396986 A JP18396986 A JP 18396986A JP S6340269 A JPS6340269 A JP S6340269A
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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
この発明は、水冷式燃料電池と水蒸気改質装置とを組合
せた燃料電池発電プラントを対象とする燃料電池の冷却
系制？！Ｉ装置に関する。
せた燃料電池発電プラントを対象とする燃料電池の冷却
系制？！Ｉ装置に関する。
頭記した燃料電池発電プラントでは、例えば天然ガスを
原料としてこれを水蒸気改質して水素リンチなガスを生
成し、この改質ガスを燃料電池へ供給する方法が多く採
用されている。また周知のように燃料を水蒸気改質する
際には純水より得た多量の水蒸気を必要とし、かつこの
場合に改質ガス組成中の一酸化炭素成分を抑えるために
も改質装置へ供給する水蒸気の温度、圧力および改質反
応の水蒸気比等を安定させることが重要な課題である。 一方、燃料電池発電プラントではプラントコストの低減
化、燃料電池の排熱利用による綜合的な発電効率の向上
化を狙いとして、水冷式燃料電池を冷却する冷却水循環
系内に水痕気発生用ボイラを介装設置し、燃料電池の冷
却排熱を利用して前記ボイラで得た水蒸気を改質装置へ
供給するようにしたものが従来より実施されている。 次に上記した従来における燃料電池発電プラントの基本
系統を第２図により説明する。図において、ｌは水冷式
燃料電池、２は水蒸気改質装置、３は燃料電池本体を冷
却する冷却水循環系、４は冷却水循環系３内に介装配備
された水蒸気発生用ボイラ、５がボイラ４に接続された
純水供給源である。ここで前記冷却水循環系３は燃料電
池本体のセルスタック内部に配管された冷却管を含み、
その管路入口側には送水ポンプ３１．入口弁３２を、ま
た出口側には出口弁３３を装備している。また水蒸気発
生用ボイラ４における水室４１の上方に画成して気水分
離を行う水蒸気室４２と改質装置２との間がスチーム調
整弁４３を介して配管接続され、さらに水蒸気室の頂部
から引出した配管が加圧水調整弁４４．排筒塔４５を経
て大気中に開放している。 なお改質装置２には天然ガス等の原料が供給され、改質
装置をへて改質された水素リッチな改質ガスが図示され
ていない配管路を通じて燃料電池１へ供給されることは
周知の通りである。 かかる構成で燃料電池の運転時には、ボイラ４の水室４
１に加圧状態で貯留されている水を冷却水循環系３を通
じて燃料電池本体に循環供給する。 これにより冷却水は燃料電池本体を冷却しつつ電池本体
発生熱との熱交換により温度が上昇した状態でボイラ４
へ還流する。一方、ボイラ内では加圧水が沸騰して水蒸
気と混合状態にあり、ここで発生した水蒸気はスチーム
調整弁４３を通じて水蒸気改質装置２へ供給される。な
おボイラ内の貯留水量が低下すれば純水ｉ！ＩＩ５より
純水が補給される。 ところでこの場合に従来では燃料電池の定格負荷運転を
基準条件として、燃料電池本体の温度を所定の動作温度
に維持しつつ、同時にボイラ４の内部では加圧水が水蒸
気との混合状態で沸騰するように送水ポンプ３１．各調
整弁４３．４４により冷却水循環系３の循環水量、ボイ
ラ内部の圧力等がバランスよく設定されている。したが
って燃料電池が定格負荷で運転されている限りは、燃料
電池の冷却、並びに改質装置への水蒸気供給が安定よく
行われる。 しかして上記した従来の方式では次記のような問題があ
る。すなわち燃料電池の発熱量は発電電力供給量によっ
て変化し、しかも燃料電池の発電量は負荷変動によって
変わる。したがって前記のように定格負荷運転を基準に
冷却水の循環流量。 ボイラの内部圧力等を固定的に設定して運転している場
合に、負荷が急変すると冷却水循環系３よリポイラ４に
吐出し還流する冷却水温度がボイラ４で設定されている
加圧水温度と異なる温度となって戻るようになり、これ
に伴うてボイラ４の内部圧力およびこの内圧に依存して
決まるボイラ内の加圧水温度が急変するようになる。し
たがってこの状態を放置したままではボイラ４より改質
装置２へ供給する水蒸気の温度、圧力、水蒸気比等が変
動し、このことが改質ガス組成を悪化させる原因となる
。またボイラ４の内圧変化は送水ポンプ３１の吐出圧力
にも影響を及ぼして燃料電池の冷却水循環流量を変化さ
せ、最悪の場合には冷却水量不足を招いて燃料電池本体
を焼損させるおそれもある。
原料としてこれを水蒸気改質して水素リンチなガスを生
成し、この改質ガスを燃料電池へ供給する方法が多く採
用されている。また周知のように燃料を水蒸気改質する
際には純水より得た多量の水蒸気を必要とし、かつこの
場合に改質ガス組成中の一酸化炭素成分を抑えるために
も改質装置へ供給する水蒸気の温度、圧力および改質反
応の水蒸気比等を安定させることが重要な課題である。 一方、燃料電池発電プラントではプラントコストの低減
化、燃料電池の排熱利用による綜合的な発電効率の向上
化を狙いとして、水冷式燃料電池を冷却する冷却水循環
系内に水痕気発生用ボイラを介装設置し、燃料電池の冷
却排熱を利用して前記ボイラで得た水蒸気を改質装置へ
供給するようにしたものが従来より実施されている。 次に上記した従来における燃料電池発電プラントの基本
系統を第２図により説明する。図において、ｌは水冷式
燃料電池、２は水蒸気改質装置、３は燃料電池本体を冷
却する冷却水循環系、４は冷却水循環系３内に介装配備
された水蒸気発生用ボイラ、５がボイラ４に接続された
純水供給源である。ここで前記冷却水循環系３は燃料電
池本体のセルスタック内部に配管された冷却管を含み、
その管路入口側には送水ポンプ３１．入口弁３２を、ま
た出口側には出口弁３３を装備している。また水蒸気発
生用ボイラ４における水室４１の上方に画成して気水分
離を行う水蒸気室４２と改質装置２との間がスチーム調
整弁４３を介して配管接続され、さらに水蒸気室の頂部
から引出した配管が加圧水調整弁４４．排筒塔４５を経
て大気中に開放している。 なお改質装置２には天然ガス等の原料が供給され、改質
装置をへて改質された水素リッチな改質ガスが図示され
ていない配管路を通じて燃料電池１へ供給されることは
周知の通りである。 かかる構成で燃料電池の運転時には、ボイラ４の水室４
１に加圧状態で貯留されている水を冷却水循環系３を通
じて燃料電池本体に循環供給する。 これにより冷却水は燃料電池本体を冷却しつつ電池本体
発生熱との熱交換により温度が上昇した状態でボイラ４
へ還流する。一方、ボイラ内では加圧水が沸騰して水蒸
気と混合状態にあり、ここで発生した水蒸気はスチーム
調整弁４３を通じて水蒸気改質装置２へ供給される。な
おボイラ内の貯留水量が低下すれば純水ｉ！ＩＩ５より
純水が補給される。 ところでこの場合に従来では燃料電池の定格負荷運転を
基準条件として、燃料電池本体の温度を所定の動作温度
に維持しつつ、同時にボイラ４の内部では加圧水が水蒸
気との混合状態で沸騰するように送水ポンプ３１．各調
整弁４３．４４により冷却水循環系３の循環水量、ボイ
ラ内部の圧力等がバランスよく設定されている。したが
って燃料電池が定格負荷で運転されている限りは、燃料
電池の冷却、並びに改質装置への水蒸気供給が安定よく
行われる。 しかして上記した従来の方式では次記のような問題があ
る。すなわち燃料電池の発熱量は発電電力供給量によっ
て変化し、しかも燃料電池の発電量は負荷変動によって
変わる。したがって前記のように定格負荷運転を基準に
冷却水の循環流量。 ボイラの内部圧力等を固定的に設定して運転している場
合に、負荷が急変すると冷却水循環系３よリポイラ４に
吐出し還流する冷却水温度がボイラ４で設定されている
加圧水温度と異なる温度となって戻るようになり、これ
に伴うてボイラ４の内部圧力およびこの内圧に依存して
決まるボイラ内の加圧水温度が急変するようになる。し
たがってこの状態を放置したままではボイラ４より改質
装置２へ供給する水蒸気の温度、圧力、水蒸気比等が変
動し、このことが改質ガス組成を悪化させる原因となる
。またボイラ４の内圧変化は送水ポンプ３１の吐出圧力
にも影響を及ぼして燃料電池の冷却水循環流量を変化さ
せ、最悪の場合には冷却水量不足を招いて燃料電池本体
を焼損させるおそれもある。
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、燃
料電池の負荷変動に伴なう水蒸気発生用ボイラ内の加圧
水温度の変動を抑えて常に安定よく改質装置へ水蒸気を
供給できるようにした燃料電池発電プラントにおける水
冷式燃料電池の冷却系制御装置を提供することを目的と
する。
料電池の負荷変動に伴なう水蒸気発生用ボイラ内の加圧
水温度の変動を抑えて常に安定よく改質装置へ水蒸気を
供給できるようにした燃料電池発電プラントにおける水
冷式燃料電池の冷却系制御装置を提供することを目的と
する。
上記目的を達成するために、この発明は発生水蒸気を燃
料ガスの改質装置へ供給するための水蒸気発生用ボイラ
が介装された燃料電池本体の冷却水循環系に対し、該冷
却水循環系の管路に流量制御弁を介装するとともに、燃
料電池の負荷検出器および燃料電池本体の温度検出器を
通じて得た検出信号のレベルを基に、コントローラを通
じて前記流量制御弁の弁開度を決定して冷却水循環量を
制御し、これにより燃料電池本体温度の適正維持と併せ
て水蒸気発生ボイラ内の加圧水温度の変動を最小限に抑
えるようにしたものである。
料ガスの改質装置へ供給するための水蒸気発生用ボイラ
が介装された燃料電池本体の冷却水循環系に対し、該冷
却水循環系の管路に流量制御弁を介装するとともに、燃
料電池の負荷検出器および燃料電池本体の温度検出器を
通じて得た検出信号のレベルを基に、コントローラを通
じて前記流量制御弁の弁開度を決定して冷却水循環量を
制御し、これにより燃料電池本体温度の適正維持と併せ
て水蒸気発生ボイラ内の加圧水温度の変動を最小限に抑
えるようにしたものである。
第１図はこの発明の実施例による燃料電池発電プラント
の系統図を示すものであり、第２図に対応する同−ａ器
には同じ符号が付しである。 すなわちこの発明により、冷却水循環系３の管路には送
水ポンプ３１と人口弁３２との間に新たに流量制御弁３
４、および該流量制御弁３４をバイパスする手動操作の
短絡弁３５が介装されている。また前記流量制御弁３４
は燃料電池１の負荷回路に介挿した計器用変流器として
の負荷検出器６．および燃料電池本体の内部に設置した
温度検出器７を通じて得た検出信号を基にコントローラ
８を介して弁開度が決定、制御される。なお９は燃料電
池１の出力を交流に変換するインバータである。 次に上記構成による制御動作に付いて説明すると、まず
燃料電池が定格負荷で運転されている定常状態では冷却
水循環量、ボイラの内部圧力等が第２図で述べたと同様
に設定されており、この定格負荷状態が安定よく継続し
ている限り燃料電池本体の温度、およびボイラ４の内部
圧力、加圧水温度は変化が無く、かつ改質装置２への水
蒸気が安定供給される。一方、燃料電池の負荷が変動し
た場合には、この負荷変動が負荷検出器６により素早く
検出されてコントローラ８に入力される。 ここでコントローラ８は負荷検出値の信号レベルおよび
その時間的変化量と、温度検出器７の温度検出値とを突
き合わせた上で流量制御弁３４の弁開度を決定し、電気
信号を空気圧信号に変換した上でフィードバック制御あ
るいはフィードフォワード制御により流量制御弁を操作
して冷却水循環系３の冷却水循環量を適正に制御する。 したがってこれにより制御される冷却水循環量は、冷却
水循環系３を経て水蒸気発生用ボイラ４へ吐出し還流す
る冷却水の温度がボイラ４内部の加圧水温度に可能な限
り近い値となるように制御される。これによりボイラ内
での加圧水温度の変動幅が抑えられ、負荷変動にもかか
わらすボイラ４より改質装置２へ向けて水蒸気を安定よ
く継続供給することができるようになる。 なお流量制御弁３４が不測の事態で万一故障した場合に
は、前記した短絡弁３５を開放操作することにより燃料
電池本体の冷却が中断するのを防止できる。
の系統図を示すものであり、第２図に対応する同−ａ器
には同じ符号が付しである。 すなわちこの発明により、冷却水循環系３の管路には送
水ポンプ３１と人口弁３２との間に新たに流量制御弁３
４、および該流量制御弁３４をバイパスする手動操作の
短絡弁３５が介装されている。また前記流量制御弁３４
は燃料電池１の負荷回路に介挿した計器用変流器として
の負荷検出器６．および燃料電池本体の内部に設置した
温度検出器７を通じて得た検出信号を基にコントローラ
８を介して弁開度が決定、制御される。なお９は燃料電
池１の出力を交流に変換するインバータである。 次に上記構成による制御動作に付いて説明すると、まず
燃料電池が定格負荷で運転されている定常状態では冷却
水循環量、ボイラの内部圧力等が第２図で述べたと同様
に設定されており、この定格負荷状態が安定よく継続し
ている限り燃料電池本体の温度、およびボイラ４の内部
圧力、加圧水温度は変化が無く、かつ改質装置２への水
蒸気が安定供給される。一方、燃料電池の負荷が変動し
た場合には、この負荷変動が負荷検出器６により素早く
検出されてコントローラ８に入力される。 ここでコントローラ８は負荷検出値の信号レベルおよび
その時間的変化量と、温度検出器７の温度検出値とを突
き合わせた上で流量制御弁３４の弁開度を決定し、電気
信号を空気圧信号に変換した上でフィードバック制御あ
るいはフィードフォワード制御により流量制御弁を操作
して冷却水循環系３の冷却水循環量を適正に制御する。 したがってこれにより制御される冷却水循環量は、冷却
水循環系３を経て水蒸気発生用ボイラ４へ吐出し還流す
る冷却水の温度がボイラ４内部の加圧水温度に可能な限
り近い値となるように制御される。これによりボイラ内
での加圧水温度の変動幅が抑えられ、負荷変動にもかか
わらすボイラ４より改質装置２へ向けて水蒸気を安定よ
く継続供給することができるようになる。 なお流量制御弁３４が不測の事態で万一故障した場合に
は、前記した短絡弁３５を開放操作することにより燃料
電池本体の冷却が中断するのを防止できる。
以上述べたようにこの発明によれば、燃料電池本体に対
する冷却水循環系内に水蒸気発生用ボイラを介装配備し
、このボイラで得た水蒸気を燃料改質装置へ供給するよ
うにした燃料電池発電プラントを対象に、前記冷却水循
環系の管路に流量制御弁を介装するとともに、燃料電池
の負荷検出器および燃料電池本体の温度検出器を通じて
得た検出信号を基に前記流量制御弁の弁開度を決定し、
燃料電池本体温度の適正維持と併せて水蒸気発生ボイラ
内の加圧水温度の変動を抑えるように冷却水循環流量を
制御するコントローラを設けたことにより、燃料電池の
水冷却系の冷却排熱を利用して改質装置へ供給する水蒸
気を得る利点を生かしつつ、同時に従来方式の発電プラ
ントで問題と成っていた燃料電池の負偕変動に起因する
改ｉｔ装置への供給水鷹気量の不安定な変動を最小限に
抑えて安定よく燃料電池発電プラントを運転できる効果
が得られる。
する冷却水循環系内に水蒸気発生用ボイラを介装配備し
、このボイラで得た水蒸気を燃料改質装置へ供給するよ
うにした燃料電池発電プラントを対象に、前記冷却水循
環系の管路に流量制御弁を介装するとともに、燃料電池
の負荷検出器および燃料電池本体の温度検出器を通じて
得た検出信号を基に前記流量制御弁の弁開度を決定し、
燃料電池本体温度の適正維持と併せて水蒸気発生ボイラ
内の加圧水温度の変動を抑えるように冷却水循環流量を
制御するコントローラを設けたことにより、燃料電池の
水冷却系の冷却排熱を利用して改質装置へ供給する水蒸
気を得る利点を生かしつつ、同時に従来方式の発電プラ
ントで問題と成っていた燃料電池の負偕変動に起因する
改ｉｔ装置への供給水鷹気量の不安定な変動を最小限に
抑えて安定よく燃料電池発電プラントを運転できる効果
が得られる。
第１図および第２図はそれぞれこの発明の実施例および
従来における燃料電池発電プラントの系統図である。各
図において、
従来における燃料電池発電プラントの系統図である。各
図において、
Claims (1)
- 水冷式燃料電池と該燃料電池への燃料ガスを生成する水
蒸気改質装置とを有し、前記水冷式燃料電池を冷却する
冷却水循環系内に水蒸気発生ボイラを設置して該ボイラ
で得た水蒸気を前記改質装置へ供給するようにした燃料
電池発電プラントにおいて、前記冷却水循環系の管路に
流量制御弁を介装するとともに、燃料電池の負荷検出器
および燃料電池本体の温度検出器を通じて得た検出信号
を基に前記流量制御弁の弁開度を決定し、燃料電池本体
温度の適正維持と併せて水蒸気発生ボイラ内の加圧水温
度の変動を抑えるように冷却水循環流量を制御するコン
トローラを設けたことを特徴とする燃料電池発電プラン
トの冷却系制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61183969A JPS6340269A (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | 燃料電池発電プラントの冷却系制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61183969A JPS6340269A (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | 燃料電池発電プラントの冷却系制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6340269A true JPS6340269A (ja) | 1988-02-20 |
Family
ID=16144991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61183969A Pending JPS6340269A (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | 燃料電池発電プラントの冷却系制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6340269A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61194748U (ja) * | 1985-05-27 | 1986-12-04 | ||
| JPH01217863A (ja) * | 1988-02-25 | 1989-08-31 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の水蒸気分離器システム |
| JP2006012564A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-01-12 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システム |
| JP2008084590A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208067A (ja) * | 1984-03-31 | 1985-10-19 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラント |
| JPS60241668A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-30 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置の制御装置 |
-
1986
- 1986-08-05 JP JP61183969A patent/JPS6340269A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208067A (ja) * | 1984-03-31 | 1985-10-19 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラント |
| JPS60241668A (ja) * | 1984-05-15 | 1985-11-30 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置の制御装置 |
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| JPH01217863A (ja) * | 1988-02-25 | 1989-08-31 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の水蒸気分離器システム |
| JP2006012564A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-01-12 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システム |
| JP2008084590A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム |
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