JPS634565A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPS634565A JPS634565A JP61147533A JP14753386A JPS634565A JP S634565 A JPS634565 A JP S634565A JP 61147533 A JP61147533 A JP 61147533A JP 14753386 A JP14753386 A JP 14753386A JP S634565 A JPS634565 A JP S634565A
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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】
［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温度
を安定かつ安全に制御して負荷追従性を向上させ得るよ
うにした燃料電池発電システムに関するものである。
燃料電池発電システムに係り、特に燃料改質装置の温度
を安定かつ安全に制御して負荷追従性を向上させ得るよ
うにした燃料電池発電システムに関するものである。
（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、燃料極に燃
料ガスを供給しまた酸化剤極に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。
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、燃料極に燃
料ガスを供給しまた酸化剤極に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。
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
酸水溶液霜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リン酸形の燃料
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。
ンを燃料とする燃料電池、アルカリ水溶液電解質、リン
酸水溶液霜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リン酸形の燃料
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を
多く含んだ改質ガスを碍るための燃料改質装置を備え、
この燃料改質装置で得られた改質ガスを燃料ガスとして
燃料電池の燃料極に導入し。
多く含んだ改質ガスを碍るための燃料改質装置を備え、
この燃料改質装置で得られた改質ガスを燃料ガスとして
燃料電池の燃料極に導入し。
電気化学的反応後に燃料極から排出される排ガスを上記
燃料改質装置の燃焼用燃料として再び回収するように燃
料電池発電システムを構成していることが多い。
燃料改質装置の燃焼用燃料として再び回収するように燃
料電池発電システムを構成していることが多い。
第５図は、かかる燃料電池発電システムの一例を示した
ものである。第５図において、１は内部に改質触媒層が
設けられた改質管の内側に水蒸気が混合された原燃料と
してのメタンを導入すると共に、上記改質管の外側に燃
焼用燃料および燃焼用空気を燃焼室の図示しないバーナ
で燃焼して１ｑられた高温燃焼ガスを流通させることに
より、上記原燃料を改質して水素を多く含む改質ガスを
生成する燃料改質装置である。また、３は上記燃料改質
装置１で得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極にま
た酸化剤ガスを酸化剤極に夫々導入し、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
出す燃料電池である。ざらに、上記燃料改質装置１のバ
ーナには、燃料改質装置１で改質反応を起こさなかった
メタン、および燃料電池３での発電に使用されずに燃料
慟から排出される燃料ガスを、上記燃料電池３の燃料極
へ燃料ガスを供給するライン上に設けられた燃料流目制
御弁２により、流量を調節してその燃焼用燃料として導
入するようにしている。そして、上記燃料流世制鉗弁２
の弁開度を調節することにより、燃料改質装置１におけ
る燃焼室での燃焼熱】を制御するようになっている。
ものである。第５図において、１は内部に改質触媒層が
設けられた改質管の内側に水蒸気が混合された原燃料と
してのメタンを導入すると共に、上記改質管の外側に燃
焼用燃料および燃焼用空気を燃焼室の図示しないバーナ
で燃焼して１ｑられた高温燃焼ガスを流通させることに
より、上記原燃料を改質して水素を多く含む改質ガスを
生成する燃料改質装置である。また、３は上記燃料改質
装置１で得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極にま
た酸化剤ガスを酸化剤極に夫々導入し、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
出す燃料電池である。ざらに、上記燃料改質装置１のバ
ーナには、燃料改質装置１で改質反応を起こさなかった
メタン、および燃料電池３での発電に使用されずに燃料
慟から排出される燃料ガスを、上記燃料電池３の燃料極
へ燃料ガスを供給するライン上に設けられた燃料流目制
御弁２により、流量を調節してその燃焼用燃料として導
入するようにしている。そして、上記燃料流世制鉗弁２
の弁開度を調節することにより、燃料改質装置１におけ
る燃焼室での燃焼熱】を制御するようになっている。
すなわち、燃料極の設定流ｍｑは、燃料電池３の出力（
電池電流または出力指令ｆｉｎ）ａに基づいて設定流量
演算器４から与えられる設定流量基準値すと、同じく燃
料電池３の出力ａに基づいて設定温度演算器５から与え
られる設定温度Ｃと、上記燃料改質装置１の温度を検出
する温度検出器６によって検出される改質装置代表温度
ｄとの温度偏差ｅに基づいて調節器９から与えられる流
面指令値ｆとを加算することにより得られる。そして、
燃料電池３の燃料極流ｍは、上述の設定流量ｑと、上記
燃料ガス供給ラインのガス流量を検出する流量検出器８
によって検出される燃料極流ａｈとの流量偏差ｉに基づ
いて、調節器９が上記燃料流ω制■弁２へ開度指令ｊを
与えることにより制タロされるようになっている。
電池電流または出力指令ｆｉｎ）ａに基づいて設定流量
演算器４から与えられる設定流量基準値すと、同じく燃
料電池３の出力ａに基づいて設定温度演算器５から与え
られる設定温度Ｃと、上記燃料改質装置１の温度を検出
する温度検出器６によって検出される改質装置代表温度
ｄとの温度偏差ｅに基づいて調節器９から与えられる流
面指令値ｆとを加算することにより得られる。そして、
燃料電池３の燃料極流ｍは、上述の設定流量ｑと、上記
燃料ガス供給ラインのガス流量を検出する流量検出器８
によって検出される燃料極流ａｈとの流量偏差ｉに基づ
いて、調節器９が上記燃料流ω制■弁２へ開度指令ｊを
与えることにより制タロされるようになっている。
しかしながら、このような従来の燃料電池発電システム
においては以下のような問題がある。すなわち、燃料電
池発電システムを分散型電源として利用する場合には、
高い負荷追従性が要求される。そして燃料電池発電シス
テムでは、負荷追従性を悪くする原因の一つとして、燃
料改質装置１の温度の制鉗性が悪いことが挙げられる。
においては以下のような問題がある。すなわち、燃料電
池発電システムを分散型電源として利用する場合には、
高い負荷追従性が要求される。そして燃料電池発電シス
テムでは、負荷追従性を悪くする原因の一つとして、燃
料改質装置１の温度の制鉗性が悪いことが挙げられる。
つまり燃料電池発電システムでは、システム全体の効率
を高めるために上述のような構成を有していることから
、燃料改質装置１の温度は、燃料系の帰還ループに応じ
た無駄時間や燃料改質８置１のメタルの熱容量に依存し
た遅れを持つ。例えば、反応ガス流ｍ（燃料ガス流量）
が増加すると、改質反応室およびメタル骨熱容量に依存
した遅れをもって、燃料改質装置１の改質反応室温度が
一時的に低下する。また、燃料電池３の燃料極から電気
化学的反応後に排出される排ガスを、燃料改質装置１の
燃焼用燃料として回収利用していることから、燃料電池
３での燃料ガス消費量の変化、すなわち負荷の変化が燃
料改質装置１への燃焼用燃料の変化となる。さらに、燃
料電池３の保護の立場からくる燃料極流量の制限、すな
わち燃料改質装置１の燃料流】のυｊ限もある。このよ
うに、燃料改質装置１の温度は複数の因子による影響や
制限を受けることから、上述したように単に改質装置代
表温度ｄによる補正制御を行なうだけでは、燃料改質装
置１の温度制御について十分な制御性を得ることができ
ない。
を高めるために上述のような構成を有していることから
、燃料改質装置１の温度は、燃料系の帰還ループに応じ
た無駄時間や燃料改質８置１のメタルの熱容量に依存し
た遅れを持つ。例えば、反応ガス流ｍ（燃料ガス流量）
が増加すると、改質反応室およびメタル骨熱容量に依存
した遅れをもって、燃料改質装置１の改質反応室温度が
一時的に低下する。また、燃料電池３の燃料極から電気
化学的反応後に排出される排ガスを、燃料改質装置１の
燃焼用燃料として回収利用していることから、燃料電池
３での燃料ガス消費量の変化、すなわち負荷の変化が燃
料改質装置１への燃焼用燃料の変化となる。さらに、燃
料電池３の保護の立場からくる燃料極流量の制限、すな
わち燃料改質装置１の燃料流】のυｊ限もある。このよ
うに、燃料改質装置１の温度は複数の因子による影響や
制限を受けることから、上述したように単に改質装置代
表温度ｄによる補正制御を行なうだけでは、燃料改質装
置１の温度制御について十分な制御性を得ることができ
ない。
（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
、改質装置代表温度による補正制御のみを行なっている
ことから、燃料改質装置の温度の制御性が悪く、結果的
に燃料電池発電システムの負荷追従性が低下してしまう
という問題があった。
、改質装置代表温度による補正制御のみを行なっている
ことから、燃料改質装置の温度の制御性が悪く、結果的
に燃料電池発電システムの負荷追従性が低下してしまう
という問題があった。
そこで本発明では、複数の要因によって決定される燃料
改質装置の温度を負荷に応じた適切な温度に保ち、燃料
改質装置の温度の制（財）性を高めて負荷変動に対する
追従性を向上させることが可能な信頼性の高い燃料電池
発電システムを提供する口とにある。
改質装置の温度を負荷に応じた適切な温度に保ち、燃料
改質装置の温度の制（財）性を高めて負荷変動に対する
追従性を向上させることが可能な信頼性の高い燃料電池
発電システムを提供する口とにある。
［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、内部に改質層
ｇＸ層が設けられた改質管の内側に水蒸気が混合された
原燃料を導入すると共に、上記改質管の外側に燃焼用燃
料および燃焼用空気を燃焼至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、この燃料改質装置で得られた改質
ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸化剤ガスを酸化剤
極に夫々導入し、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を備え
て構成され、上記燃料電池の燃料極から排出される排ガ
スを上記燃料改質装置の燃焼用燃料として回収するよう
にした燃料電池発電システムにおいて、上記燃料電池の
燃料極へ燃料ガスを供給するライン上に設けられた燃料
極流ｍ制御弁と、上記燃料電池の出力および上記燃料改
質装置の温度に基づいて燃料極の設定流量を算出する燃
料極設定流量演算器と、複数のプロセス状態量に基づい
て、負荷追従性を向上させるべく上記設定流量の補正量
を推定する補正量推定手段と、上記燃料極設定流量演算
器で算出された設定流量と、上記補正量推定手段で推定
された補正量とを合成し、かつこの合成＆と上記燃料極
流量とを比較して、この比較結果に基づいて上記燃料極
流ｍ制御弁の弁開度を副面する開度指令信号を出力する
制−手段と、または上記燃料極設定流量演算器で算出さ
れた設定流量と上記燃料極流量とを比較し、かつこの比
較量と上記補正量推定手段で推定された補正量とを合成
した合成量を上記燃料極流量制御弁の弁開度を調節する
開度指令信号として出力する制御手段とを備えるように
したことを特徴とする。
ｇＸ層が設けられた改質管の内側に水蒸気が混合された
原燃料を導入すると共に、上記改質管の外側に燃焼用燃
料および燃焼用空気を燃焼至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、この燃料改質装置で得られた改質
ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸化剤ガスを酸化剤
極に夫々導入し、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を備え
て構成され、上記燃料電池の燃料極から排出される排ガ
スを上記燃料改質装置の燃焼用燃料として回収するよう
にした燃料電池発電システムにおいて、上記燃料電池の
燃料極へ燃料ガスを供給するライン上に設けられた燃料
極流ｍ制御弁と、上記燃料電池の出力および上記燃料改
質装置の温度に基づいて燃料極の設定流量を算出する燃
料極設定流量演算器と、複数のプロセス状態量に基づい
て、負荷追従性を向上させるべく上記設定流量の補正量
を推定する補正量推定手段と、上記燃料極設定流量演算
器で算出された設定流量と、上記補正量推定手段で推定
された補正量とを合成し、かつこの合成＆と上記燃料極
流量とを比較して、この比較結果に基づいて上記燃料極
流ｍ制御弁の弁開度を副面する開度指令信号を出力する
制−手段と、または上記燃料極設定流量演算器で算出さ
れた設定流量と上記燃料極流量とを比較し、かつこの比
較量と上記補正量推定手段で推定された補正量とを合成
した合成量を上記燃料極流量制御弁の弁開度を調節する
開度指令信号として出力する制御手段とを備えるように
したことを特徴とする。
（作用）
上述の燃料電池発電システムにおいては、燃料改Ｎ装置
の温度を負荷に応じた適切な設定温度に安定かつ安全に
追従させるような補正量が補正量推定手段によって推定
され、この補正量が本来の設定流量に合成されて、これ
に基づいて燃料極流量が制御されることになる。
の温度を負荷に応じた適切な設定温度に安定かつ安全に
追従させるような補正量が補正量推定手段によって推定
され、この補正量が本来の設定流量に合成されて、これ
に基づいて燃料極流量が制御されることになる。
（実施例）
以下、本発明の一実廠例について図面を参照して説明す
る。
る。
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、第５図と同一部分には同一
符号を付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。すなわち第１図は、複数のプロセス
状態１１ｋに基づいて。
をブロック的に示すもので、第５図と同一部分には同一
符号を付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。すなわち第１図は、複数のプロセス
状態１１ｋに基づいて。
負荷追従性を向上させるべく前記設定流量Ｑをより最適
な値とするための補正ｉｌｌを推定する補正量推定手段
１０を第５図に付加し、この補正量推定手段１０により
推定された補正量１を、前記設定流量演算器４．設定温
度演算器５．ｙ４節器７から構成される燃料極設定流量
演算器で算出された本来の設定流量Ｑに加算することに
よって、補正された設定流量ｍ４−得、さらにこの設定
流量ｍと前記燃料極流量りとの流量偏差ｉを、前記調節
器９への入力とするように構成したものである。
な値とするための補正ｉｌｌを推定する補正量推定手段
１０を第５図に付加し、この補正量推定手段１０により
推定された補正量１を、前記設定流量演算器４．設定温
度演算器５．ｙ４節器７から構成される燃料極設定流量
演算器で算出された本来の設定流量Ｑに加算することに
よって、補正された設定流量ｍ４−得、さらにこの設定
流量ｍと前記燃料極流量りとの流量偏差ｉを、前記調節
器９への入力とするように構成したものである。
ここで補正量推定手段１０は、複数のプロセス状態ｍｋ
として例えば、 （ａ）燃料極と酸化剤極との極間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質装置の温度と、この燃料改質装置
温度の変化率 （ｂ）燃料極と酸化剤極との極間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質装置１の温度と。
として例えば、 （ａ）燃料極と酸化剤極との極間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質装置の温度と、この燃料改質装置
温度の変化率 （ｂ）燃料極と酸化剤極との極間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質装置１の温度と。
この燃料改質装置温度の変化率と、燃料電池３の電圧
（Ｃ）燃料極と酸化剤極との汚間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質￥Ａ置１の温度と。
の変化率と、燃料改質￥Ａ置１の温度と。
この燃料改質装置温度の変化率と１反応ガス流量と、こ
の反応ガス流量の変化率 （ｄ）燃料極と酸化剤極との極間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質装置１の温度と。
の反応ガス流量の変化率 （ｄ）燃料極と酸化剤極との極間差圧と、この極間差圧
の変化率と、燃料改質装置１の温度と。
この燃料改質装置温度の変化率と、燃料電池３の電圧と
２反応ガス流世と、この反応ガス流台の変化率 のいずれかに基づいて補正量１を推定するものである。
２反応ガス流世と、この反応ガス流台の変化率 のいずれかに基づいて補正量１を推定するものである。
第２図は、上記補正量推定手段１０の詳細な構成例をブ
ロック的に示すものである。なお、図中に、Ｉは上述し
た複数のプロセス状態量、補正量を夫々示している。第
２図において、１１は主プログラム、１２はルール管理
サブシステム、１３は推論サブシステム、１４は実時間
データ管理システム、１５はコモンメモリ、１６はワー
キングメモリ、１７はプロダクションメモリ、１８はデ
ータメモリ、１９はルールファイル、２ｏはデータファ
イルである。ここで実時間データ管理システム１４は、
上述した複数のプロセス状態ｆｌｋを入力し、これをデ
ータファイル２０に格納するものである。またルール管
理サブシステム１２は、ルールファイル１つおよびデー
タファイル２０の変更を行なう場合に使用されるもので
ある。さらに推論サブシステム１３は、主プログラム１
１によって使用される推論エンジンである。
ロック的に示すものである。なお、図中に、Ｉは上述し
た複数のプロセス状態量、補正量を夫々示している。第
２図において、１１は主プログラム、１２はルール管理
サブシステム、１３は推論サブシステム、１４は実時間
データ管理システム、１５はコモンメモリ、１６はワー
キングメモリ、１７はプロダクションメモリ、１８はデ
ータメモリ、１９はルールファイル、２ｏはデータファ
イルである。ここで実時間データ管理システム１４は、
上述した複数のプロセス状態ｆｌｋを入力し、これをデ
ータファイル２０に格納するものである。またルール管
理サブシステム１２は、ルールファイル１つおよびデー
タファイル２０の変更を行なう場合に使用されるもので
ある。さらに推論サブシステム１３は、主プログラム１
１によって使用される推論エンジンである。
次に、かかる如く構成した燃料電池発電システムにおけ
る作用について第３図を用いて述べる。
る作用について第３図を用いて述べる。
なお第３図は、補正量推定手段１０が補正［１を得るま
での処理の流れを示すもので、上述の第２図における主
プログラム１１に対応している。
での処理の流れを示すもので、上述の第２図における主
プログラム１１に対応している。
まず、推論に使用するデータの指定を、推論サブシステ
ム１３に対して行なう。これにより推論サブシステム１
３は、指定されたデータをデータファイル２０から読込
んでデータメモリ１８に格納する。次に、推論に使用す
るルールの指定を行なう。このルールが指定されると、
推論サブシステム１３はルールファイル１９から指定さ
れたルールをプロダクションメモリ１７に格納して推論
を開始する。そして、この推論結果はコモンメモリ１５
に格納され、主プログラム１１は必要な推論結果を取出
し、推論結果に基づいた補正量１を演算して出力する。
ム１３に対して行なう。これにより推論サブシステム１
３は、指定されたデータをデータファイル２０から読込
んでデータメモリ１８に格納する。次に、推論に使用す
るルールの指定を行なう。このルールが指定されると、
推論サブシステム１３はルールファイル１９から指定さ
れたルールをプロダクションメモリ１７に格納して推論
を開始する。そして、この推論結果はコモンメモリ１５
に格納され、主プログラム１１は必要な推論結果を取出
し、推論結果に基づいた補正量１を演算して出力する。
この補正量１は、第１図に示すように本来の設定流Ｎｏ
に加えられる。主プログラム１１は、以上のような一連
の処理を繰返して補正Ｍ＋を出力し続ける。実時間デー
タ管理システム１４は、これと並行して複数のプロセス
状態ｆｉｋをデータファイル２０に格納し扶けているた
め、推論には最新のデータを使用することができる。
に加えられる。主プログラム１１は、以上のような一連
の処理を繰返して補正Ｍ＋を出力し続ける。実時間デー
タ管理システム１４は、これと並行して複数のプロセス
状態ｆｉｋをデータファイル２０に格納し扶けているた
め、推論には最新のデータを使用することができる。
一方、ルールファイル１つには燃料電池発電システムの
制御に関するルールが取入れられており、このルールの
一例を次に示す。
制御に関するルールが取入れられており、このルールの
一例を次に示す。
もし、燃料電池３の燃料極と酸化剤極との逢間差圧が安
全な領域にあり、改質装置代表温度ｄがΔを分前から下
降し続けており、現在の改質装置代表温度ｄが現在の設
定温度Ｃよりも低いならば、今後大きな遅れ時定数を持
って改質ガスのエネルギー密度が徐々に低下すると推定
されるため、燃料ル流ｆｆ１ｈを増加すべきである。
全な領域にあり、改質装置代表温度ｄがΔを分前から下
降し続けており、現在の改質装置代表温度ｄが現在の設
定温度Ｃよりも低いならば、今後大きな遅れ時定数を持
って改質ガスのエネルギー密度が徐々に低下すると推定
されるため、燃料ル流ｆｆ１ｈを増加すべきである。
主プログラム１１は、この推論結果が得られた場合に補
正量１を正方向に大きくする。すると、第１図における
補正された設定流１１ｍが増加し、ｒＡ１５器９は燃料
礒流量制御弁２の開度をさらに開けるように開度指令ｊ
を出力する。この結果、燃料極流量りが増加して燃料改
質装置１の燃焼用燃料のエネルギー密度も増加するため
、改質装置代表温度ｄも上昇して改質ガスのエネルギー
＠度が確保されることになる。
正量１を正方向に大きくする。すると、第１図における
補正された設定流１１ｍが増加し、ｒＡ１５器９は燃料
礒流量制御弁２の開度をさらに開けるように開度指令ｊ
を出力する。この結果、燃料極流量りが増加して燃料改
質装置１の燃焼用燃料のエネルギー密度も増加するため
、改質装置代表温度ｄも上昇して改質ガスのエネルギー
＠度が確保されることになる。
上述したように本実施例では、内部に改質触媒層が設け
られた改質管の内側に水蒸気が混合された原燃料を導入
すると共に、上記改質管の外側に燃焼用燃料および燃焼
用空気を燃焼至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１と、この燃料改質袋Ｍ１で得られた改質ガスを燃
料ガスとして燃料極にまた酸化剤ガスを酸化剤極に夫々
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３とを備えて構成
され、上記燃料電池３の燃料極から排出される排ガスを
上記燃料改質装置１の燃焼用燃料として回収するように
した燃料電池発電システムにおいて、上記燃料電池３の
燃料極へ燃料ガスを供給するライン上に設けられた燃料
極流量制御弁２と、上記燃料電池３の出力ａおよび上記
燃料改質′ｌＡｌ１の代表温度ｄに基づいて燃料極の設
定流量Ｑを算出する設定流量演算器４．設定温度演算器
５．調節器７からなる燃料極設定流量演算器と、複数の
プロセス状態ｆｆ１ｋに基づいて、負荷追従性を向上さ
せるべく上記設定流量Ｑの補正量１を推定する補正量推
定手段１０と、上記燃料極設定流量演算器で算出された
設定流量ｇと、上記補正量推定手段１０で推定された補
正ｆｉｌ＋とを合成し、かつこの合成Ｊｉｍと上記燃料
極流ｆｆ１ｈとを比較して、この流ω偏差ｉに基づいて
上記燃料極流量制御弁２の弁開度をＦＪ４節する開度指
令ｊを出力する調整器９とを備えて構成するようにした
ものである。
られた改質管の内側に水蒸気が混合された原燃料を導入
すると共に、上記改質管の外側に燃焼用燃料および燃焼
用空気を燃焼至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１と、この燃料改質袋Ｍ１で得られた改質ガスを燃
料ガスとして燃料極にまた酸化剤ガスを酸化剤極に夫々
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３とを備えて構成
され、上記燃料電池３の燃料極から排出される排ガスを
上記燃料改質装置１の燃焼用燃料として回収するように
した燃料電池発電システムにおいて、上記燃料電池３の
燃料極へ燃料ガスを供給するライン上に設けられた燃料
極流量制御弁２と、上記燃料電池３の出力ａおよび上記
燃料改質′ｌＡｌ１の代表温度ｄに基づいて燃料極の設
定流量Ｑを算出する設定流量演算器４．設定温度演算器
５．調節器７からなる燃料極設定流量演算器と、複数の
プロセス状態ｆｆ１ｋに基づいて、負荷追従性を向上さ
せるべく上記設定流量Ｑの補正量１を推定する補正量推
定手段１０と、上記燃料極設定流量演算器で算出された
設定流量ｇと、上記補正量推定手段１０で推定された補
正ｆｉｌ＋とを合成し、かつこの合成Ｊｉｍと上記燃料
極流ｆｆ１ｈとを比較して、この流ω偏差ｉに基づいて
上記燃料極流量制御弁２の弁開度をＦＪ４節する開度指
令ｊを出力する調整器９とを備えて構成するようにした
ものである。
従って、燃料電池発電システムの負荷追従性を高めるた
めには、燃料改質装置１の温度ｄを負荷に応じて適切な
温度に保つ必要があるが、燃料改質装置１の温度ｄは複
数の要因によって決定されるため、上述したような機能
を有する補正量推定手段１０を、前述した従来の制御系
と組合わせていることにより、燃料改質装置１の温度制
御の制御性が向上し、結果として負荷変動に対する燃料
電池発電システムの追従性を向上させることが可能とな
る。
めには、燃料改質装置１の温度ｄを負荷に応じて適切な
温度に保つ必要があるが、燃料改質装置１の温度ｄは複
数の要因によって決定されるため、上述したような機能
を有する補正量推定手段１０を、前述した従来の制御系
と組合わせていることにより、燃料改質装置１の温度制
御の制御性が向上し、結果として負荷変動に対する燃料
電池発電システムの追従性を向上させることが可能とな
る。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。
、次のようにしても実施することができるものである。
第４図は、本発明の他の実施例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、第１図と同一
部分には同一符号を付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。すなわち第４図は、前
記燃料極設定流ｆｆｉ演算器で算出された設定流量Ｑと
燃料極流ａｈとの流儀偏差ｉに基づいて調節器９により
得られた本来の開度指令ｊと、前述した補正同推定手段
１０で推定された補正量１とを加算した加綽量を、前記
燃料極流量制御弁２の弁開度を調節する開度指令ｍとし
て出力するように構成したものである。換言すれば、前
述した第１図の実施例は補正同推定手段１０で推定され
た補正量１により９本来の設定流量りを補正するように
したものであるのに対して、第４図に示す実施例では補
正量推定手段１０で推定された補正Ｉ＋により１本来の
開度指令ｊを補正するようにしたものである。かかる第
４図に示す燃料電池発電システムにおいても、前述と１
ｆｉ１様の作用効果が得られるものである。
テムの構成例をブロック的に示すもので、第１図と同一
部分には同一符号を付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。すなわち第４図は、前
記燃料極設定流ｆｆｉ演算器で算出された設定流量Ｑと
燃料極流ａｈとの流儀偏差ｉに基づいて調節器９により
得られた本来の開度指令ｊと、前述した補正同推定手段
１０で推定された補正量１とを加算した加綽量を、前記
燃料極流量制御弁２の弁開度を調節する開度指令ｍとし
て出力するように構成したものである。換言すれば、前
述した第１図の実施例は補正同推定手段１０で推定され
た補正量１により９本来の設定流量りを補正するように
したものであるのに対して、第４図に示す実施例では補
正量推定手段１０で推定された補正Ｉ＋により１本来の
開度指令ｊを補正するようにしたものである。かかる第
４図に示す燃料電池発電システムにおいても、前述と１
ｆｉ１様の作用効果が得られるものである。
その他、本発明は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。
変形して実施することができるものである。
以上説明したように本発明によれば、燃料改質装置の温
度を負荷に応じた適切な設定温度に安定かつ安全に追従
させるような補正量を補正同推定手段によって推定し、
この補正量を本来の設定流ｍに合成してこれに基づいて
燃料極流恐を制御するようにしたので、複数の要因によ
って決定される燃料改質装置の温度を負荷に応じた適切
な温度に保ち、燃料改質装置の温度の制御性をＳめで負
荷変動に対する追従性を向上させ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。
度を負荷に応じた適切な設定温度に安定かつ安全に追従
させるような補正量を補正同推定手段によって推定し、
この補正量を本来の設定流ｍに合成してこれに基づいて
燃料極流恐を制御するようにしたので、複数の要因によ
って決定される燃料改質装置の温度を負荷に応じた適切
な温度に保ち、燃料改質装置の温度の制御性をＳめで負
荷変動に対する追従性を向上させ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。
第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図および第３図は同実施例における補正同推定手段の構
成例および機能を夫々示す図、第４図は本発明の他の実
施例を示す構成ブロック図、第５図は従来の燃料電池発
電システムを示す構成ブロック図である。 １・・・燃料改質装置、２・・・燃料極１■り御弁、３
・・・燃料電池、４・・・設定流口演算器、５・・・設
定温度演算器、６・・・温度検出器、７・・・調節器、
８・・・流量検出器、９・・・調皿器、１０・・・補正
凹推定手段、１１・・・主プログラム、１２・・・ルー
ル管理サブシステム、１３・・・推論サブシステム、１
４・・・実時間データ管理システム、１５・・・コモン
メモリ、１６・・・ワーキングメモリ、１７・・・プロ
ダクションメモリ、１８・・・データメモリ、１つ・・
・ルールファイル、２０・・・データファイル。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 主プログラム（ＦＯＲＴＲＡＮ） 第２図 第３図
図および第３図は同実施例における補正同推定手段の構
成例および機能を夫々示す図、第４図は本発明の他の実
施例を示す構成ブロック図、第５図は従来の燃料電池発
電システムを示す構成ブロック図である。 １・・・燃料改質装置、２・・・燃料極１■り御弁、３
・・・燃料電池、４・・・設定流口演算器、５・・・設
定温度演算器、６・・・温度検出器、７・・・調節器、
８・・・流量検出器、９・・・調皿器、１０・・・補正
凹推定手段、１１・・・主プログラム、１２・・・ルー
ル管理サブシステム、１３・・・推論サブシステム、１
４・・・実時間データ管理システム、１５・・・コモン
メモリ、１６・・・ワーキングメモリ、１７・・・プロ
ダクションメモリ、１８・・・データメモリ、１つ・・
・ルールファイル、２０・・・データファイル。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 主プログラム（ＦＯＲＴＲＡＮ） 第２図 第３図
Claims (10)
- （１）内部に改質触媒層が設けられた改質管の内側に水
蒸気が混合された原燃料を導入すると共に、前記改質管
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、この燃料改質装
置で得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸
化剤ガスを酸化剤極に夫々導入し、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
して回収するようにした燃料電池発電システムにおいて
、前記燃料電池の燃料極へ燃料ガスを供給するライン上
に設けられた燃料極流量制御弁と、前記燃料電池の出力
および前記燃料改質装置の温度に基づいて燃料極の設定
流量を算出する燃料極設定流量演算器と、複数のプロセ
ス状態量に基づいて、負荷追従性を向上させるべく前記
設定流量の補正量を推定する補正量推定手段と、前記燃
料極設定流量演算器で算出された設定流量と、前記補正
量推定手段で推定された補正量とを合成し、かつこの合
成量と前記燃料極流量とを比較して、この比較結果に基
づいて前記燃料極流量制御弁の弁開度を調節する開度指
令信号を出力する制御手段とを備えて成ることを特徴と
する燃料電池発電システム。 - （２）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率とに基づいて補正量を
推定す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。 - （３）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率と、燃料電池電圧とに
基づいて補正量を推定す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
。 - （４）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率と、反応ガス流量と、
この反応ガス流量の変化率とに基づいて補正量を推定す
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。 - （５）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率と、燃料電池電圧と、
反応ガス流量と、この反応ガス流量の変化率とに基づい
て補正量を推定す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。 - （６）内部に改質触媒層が設けられた改質管の内側に水
蒸気が混合された原燃料を導入すると共に、前記改質管
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、この燃料改質装
置で得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料極にまた酸
化剤ガスを酸化剤極に夫々導入し、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
して回収するようにした燃料電池発電システムにおいて
、前記燃料電池の燃料極へ燃料ガスを供給するライン上
に設けられた燃料極流量制御弁と、前記燃料電池の出力
および前記燃料改質装置の温度に基づいて燃料極の設定
流量を算出する燃料極設定流量演算器と、複数のプロセ
ス状態量に基づいて、負荷追従性を向上させるべく前記
設定流量の補正量を推定する補正量推定手段と、前記燃
料極設定流量演算器で算出された設定流量と前記燃料極
流量とを比較し、かつこの比較量と前記補正量推定手段
で推定された補正量とを合成した合成量を前記燃料極流
量制御弁の弁開度を調節する開度指令信号として出力す
る制御手段とを備えて成ることを特徴とする燃料電池発
電システム。 - （７）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率とに基づいて補正量を
推定するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
（６）項記載の燃料電池発電システム。 - （８）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率と、燃料電池電圧とに
基づいて補正量を推定するようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第（６）項記載の燃料電池発電システム
。 - （９）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間差
圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度と
、この燃料改質装置温度の変化率と、反応ガス流量と、
この反応ガス流量の変化率とに基づいて補正量を推定す
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（６）
項記載の燃料電池発電システム。 - （１０）補正量推定手段は、燃料極と酸化剤極との極間
差圧と、この極間差圧の変化率と、燃料改質装置の温度
と、この燃料改質装置温度の変化率と、燃料電池電圧と
、反応ガス流量と、この反応ガス流量の変化率とに基づ
いて補正量を推定するようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第（６）項記載の燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61147533A JPS634565A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61147533A JPS634565A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS634565A true JPS634565A (ja) | 1988-01-09 |
Family
ID=15432462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61147533A Pending JPS634565A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS634565A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02250270A (ja) * | 1989-03-23 | 1990-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
| WO1991006987A1 (en) * | 1989-10-24 | 1991-05-16 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell power plant fuel control |
| JP2004207135A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池発電システム |
-
1986
- 1986-06-24 JP JP61147533A patent/JPS634565A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02250270A (ja) * | 1989-03-23 | 1990-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
| WO1991006987A1 (en) * | 1989-10-24 | 1991-05-16 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell power plant fuel control |
| JP2004207135A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池発電システム |
| JP4504616B2 (ja) * | 2002-12-26 | 2010-07-14 | 株式会社荏原製作所 | 燃料電池発電システム |
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