JPS6356673B2 - - Google Patents
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- JPS6356673B2 JPS6356673B2 JP57010114A JP1011482A JPS6356673B2 JP S6356673 B2 JPS6356673 B2 JP S6356673B2 JP 57010114 A JP57010114 A JP 57010114A JP 1011482 A JP1011482 A JP 1011482A JP S6356673 B2 JPS6356673 B2 JP S6356673B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- 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
- H01M8/0612—Combination 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
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料電池発電プラントの制御システ
ムに係り、特に急激な負荷変動に対しても急速追
従制御を要求される燃料電池発電プラントに好適
な制御システムに関するものである。
ムに係り、特に急激な負荷変動に対しても急速追
従制御を要求される燃料電池発電プラントに好適
な制御システムに関するものである。
燃料電池発電プラントの一例として、従来より
第１図に示されたものが知られている。
第１図に示されたものが知られている。
第１図に示されたように、燃料電池発電プラン
トは改質装置１、シフトコンバータ２、燃料電池
３、および空気供給装置４などの主要装置から構
成されている。流量制御弁５を介して改質装置１
に流入された原燃料１１は、流量制御弁６を介し
て流入される水蒸気１２と反応してCOガスを含
む水素リツチガス１３となる。この水素リツチガ
ス１３中のCOガスはシフトコンバータ２におい
て、水蒸気と反応して炭酸ガスとなつて分離され
る。このシフトコンバータ２から送出される水素
リツチガス（以下単に水素ガスという）１４は、
流量制御弁７を介して燃料電池３に流入される。
トは改質装置１、シフトコンバータ２、燃料電池
３、および空気供給装置４などの主要装置から構
成されている。流量制御弁５を介して改質装置１
に流入された原燃料１１は、流量制御弁６を介し
て流入される水蒸気１２と反応してCOガスを含
む水素リツチガス１３となる。この水素リツチガ
ス１３中のCOガスはシフトコンバータ２におい
て、水蒸気と反応して炭酸ガスとなつて分離され
る。このシフトコンバータ２から送出される水素
リツチガス（以下単に水素ガスという）１４は、
流量制御弁７を介して燃料電池３に流入される。
一方、空気供給装置４から送出される空気２１
は流量制御弁８を介して前記燃料電池３に流入さ
れている。燃料電池３において、前記水素ガスと
空気中の酸素とが反応し、これにより発電される
電力２５は図示されてない負荷に供給されてい
る。
は流量制御弁８を介して前記燃料電池３に流入さ
れている。燃料電池３において、前記水素ガスと
空気中の酸素とが反応し、これにより発電される
電力２５は図示されてない負荷に供給されてい
る。
燃料電池３内で消費されなかつた廃水素ガス１
６と廃空気２４は各々排出され、廃水素ガス１６
は改質装置１のバーナ９にて燃焼され、この燃焼
排ガス１７は空気供給装置４において流入空気１
９を圧縮するための動力源として消費され廃ガス
１８として排出される。なお、実際には、上記構
成以外に例えば排熱回収の熱交換器などが備えら
れるが、本発明と直接的には関係がないので省略
する。
６と廃空気２４は各々排出され、廃水素ガス１６
は改質装置１のバーナ９にて燃焼され、この燃焼
排ガス１７は空気供給装置４において流入空気１
９を圧縮するための動力源として消費され廃ガス
１８として排出される。なお、実際には、上記構
成以外に例えば排熱回収の熱交換器などが備えら
れるが、本発明と直接的には関係がないので省略
する。
上述のような燃料電池発電プラントにおいて問
題となるのは、急激な負荷変動に対する各装置の
追従性である。即ち、燃料電池３の負荷電力量が
急変すると、それに応じて電池内での水素ガスと
酸素の消費量が急変し、電池内の圧力が大きく変
ることになる。しかるに、電池内の圧力によつて
反応速度が影響されることから、負荷変動に応じ
て電池内の圧力を最適値に制御しなければならな
い。
題となるのは、急激な負荷変動に対する各装置の
追従性である。即ち、燃料電池３の負荷電力量が
急変すると、それに応じて電池内での水素ガスと
酸素の消費量が急変し、電池内の圧力が大きく変
ることになる。しかるに、電池内の圧力によつて
反応速度が影響されることから、負荷変動に応じ
て電池内の圧力を最適値に制御しなければならな
い。
しかしながら、従来の制御方式は、前述の各構
成装置ごと個別のフイードバツク制御により、電
池内の圧力制御もしくは改質装置および空気供給
装置の送出量を制御していただけであつたことか
ら、プラント全体の制御性としては系の遅れを補
償することができず、負荷急変に対して応答性ま
たは追従性よく制御することができないという欠
点を有していた。
成装置ごと個別のフイードバツク制御により、電
池内の圧力制御もしくは改質装置および空気供給
装置の送出量を制御していただけであつたことか
ら、プラント全体の制御性としては系の遅れを補
償することができず、負荷急変に対して応答性ま
たは追従性よく制御することができないという欠
点を有していた。
本発明の目的は、急激な負荷変動に対し速やか
に各装置を最適な状態に制御できる追従性および
安定性に優れた燃料電池発電プラント制御システ
ムを提供しようとすることにある。
に各装置を最適な状態に制御できる追従性および
安定性に優れた燃料電池発電プラント制御システ
ムを提供しようとすることにある。
本発明は、原燃料を改質して水素ガスを発生す
る改質装置と空気供給装置と前記水素ガスと前記
空気とを反応させて発電する燃料電池とを備えて
構成される燃料電池発電プラントにあつて、前記
燃料電池の負荷電力を検出し、該負荷電力に相関
させて各々定められる前記燃料電池出口の廃水素
ガス圧力と廃空気圧力と前記改質装置出口水素ガ
ス圧力と前記空気供給装置出口空気圧力の設定値
と各々の検出値との偏差信号により、前記負荷電
力に相関させて各々定められる前記燃料電池の流
入水素ガス量と流入空気量と前記改質装置の原燃
料流入量と前記空気供給装置の送出空気量のフイ
ードフオワード設定値を補正し、該補正された設
定値により前記各々の対応する流量を制御し、さ
らに前記改質装置の出口水素ガス圧力の前記偏差
信号により前記燃料電池の流入水素ガス量の補正
された設定値を前記空気供給装置出口空気圧力の
前記偏差信号により前記燃料電池の流入空気量の
補正された設定値を各々補正する第１の補正制御
および前記廃水素ガス圧力の前記偏差信号により
前記原燃料流入量の補正された設定値を前記廃空
気圧力の偏差信号により前記空気供給装置の送出
空気量の補正された設定値を各々補正する第２の
補正制御を行わせることにより、急激な負荷変動
に対し速やかに各装置を最適な状態に制御し、追
従性および安定性に優れた制御システムにしよう
とするものである。
る改質装置と空気供給装置と前記水素ガスと前記
空気とを反応させて発電する燃料電池とを備えて
構成される燃料電池発電プラントにあつて、前記
燃料電池の負荷電力を検出し、該負荷電力に相関
させて各々定められる前記燃料電池出口の廃水素
ガス圧力と廃空気圧力と前記改質装置出口水素ガ
ス圧力と前記空気供給装置出口空気圧力の設定値
と各々の検出値との偏差信号により、前記負荷電
力に相関させて各々定められる前記燃料電池の流
入水素ガス量と流入空気量と前記改質装置の原燃
料流入量と前記空気供給装置の送出空気量のフイ
ードフオワード設定値を補正し、該補正された設
定値により前記各々の対応する流量を制御し、さ
らに前記改質装置の出口水素ガス圧力の前記偏差
信号により前記燃料電池の流入水素ガス量の補正
された設定値を前記空気供給装置出口空気圧力の
前記偏差信号により前記燃料電池の流入空気量の
補正された設定値を各々補正する第１の補正制御
および前記廃水素ガス圧力の前記偏差信号により
前記原燃料流入量の補正された設定値を前記廃空
気圧力の偏差信号により前記空気供給装置の送出
空気量の補正された設定値を各々補正する第２の
補正制御を行わせることにより、急激な負荷変動
に対し速やかに各装置を最適な状態に制御し、追
従性および安定性に優れた制御システムにしよう
とするものである。
以下、本発明を図示実施例に基づいて説明す
る。
る。
第２図に本発明の適用された一実施例の全体構
成図が示されており、第３図〜第５図に第２図図
示実施例の詳細な制御ブロツク図が示されてい
る。
成図が示されており、第３図〜第５図に第２図図
示実施例の詳細な制御ブロツク図が示されてい
る。
なお、第２図において第１図図示従来例と同一
符号を付して示されたものは、同一機能・同一構
成のものである。
符号を付して示されたものは、同一機能・同一構
成のものである。
第２図に示された如く、空気供給装置４は駆動
タービン４Ａおよびコンプレツサ４Ｂから構成さ
れ、燃焼排ガス１７はタービン４Ａに流入され、
廃ガス１８となつて大気中へ放出される。コンプ
レツサ４Ｂの吐出にはバイパス流量制御弁１０が
設けられている。電池制御回路(A)１００は廃水素
ガス圧力検出器２６、流量制御弁７、改質装置制
御回路３００に各々接続され、電池制御回路(B)２
００は廃空気圧力検出器２７、流量制御弁８、空
気制御回路４００に各々接続されている。前記改
質装置制御回路３００は水素圧力検出器２８、流
量制御弁５および６に接続され、前記空気制御回
路は空気圧力検出器２９、バイパス流量制御弁１
０に接続されている。また、上述した各制御回路
には各々負荷電力の検出値Ｄが入力されている。
タービン４Ａおよびコンプレツサ４Ｂから構成さ
れ、燃焼排ガス１７はタービン４Ａに流入され、
廃ガス１８となつて大気中へ放出される。コンプ
レツサ４Ｂの吐出にはバイパス流量制御弁１０が
設けられている。電池制御回路(A)１００は廃水素
ガス圧力検出器２６、流量制御弁７、改質装置制
御回路３００に各々接続され、電池制御回路(B)２
００は廃空気圧力検出器２７、流量制御弁８、空
気制御回路４００に各々接続されている。前記改
質装置制御回路３００は水素圧力検出器２８、流
量制御弁５および６に接続され、前記空気制御回
路は空気圧力検出器２９、バイパス流量制御弁１
０に接続されている。また、上述した各制御回路
には各々負荷電力の検出値Ｄが入力されている。
電池制御回路(A)、(B)１００，２００の詳細につ
いて第３図を用いて説明する。
いて第３図を用いて説明する。
電池制御回路(A)１００は燃料電池の水素ガス条
件を制御するものであり、負荷電力の検出値Ｄ
は、燃料電池の廃水素圧力の関数発生器１０１お
よびフイードフオワード制御器（以下FF制御器
と称する）１０４とに入力されている。前記関数
発生器１０１は入力されるＤに相関させて定めら
れる廃水素圧力の設定値PHO１０７を出力するも
のである。減算器１０２はこのPHO１０７と前記
圧力検出器２６から入力される廃水素圧力の検出
値PH1１０８との偏差を求め、さらにPI制御器１
０３によつて比例・積分処理されて、偏差信号
ΔPH１１０として出力される。また、FF制御器
１０４は入力されるＤに相関させて定められる流
入水素ガス量のフイードフオワードの設定値FH
１１１を出力するものである。また、補正制御器
１０６には、後述する改質装置出口の水素ガス圧
力の検出値PR1とその圧力の設定値PR0との偏差信
号ΔPRが入力されており、このΔPRが所定の値以
上に達したときもしくは比例動作により補正信号
CH１１２を出力する。加算器１０５において、
流入水素ガス量の設定値FH１１１が前記偏差信
号ΔPH１１０および補正信号CH１１２によつて補
正され、この補正された信号１１３により流量制
御弁７が制御されている。
件を制御するものであり、負荷電力の検出値Ｄ
は、燃料電池の廃水素圧力の関数発生器１０１お
よびフイードフオワード制御器（以下FF制御器
と称する）１０４とに入力されている。前記関数
発生器１０１は入力されるＤに相関させて定めら
れる廃水素圧力の設定値PHO１０７を出力するも
のである。減算器１０２はこのPHO１０７と前記
圧力検出器２６から入力される廃水素圧力の検出
値PH1１０８との偏差を求め、さらにPI制御器１
０３によつて比例・積分処理されて、偏差信号
ΔPH１１０として出力される。また、FF制御器
１０４は入力されるＤに相関させて定められる流
入水素ガス量のフイードフオワードの設定値FH
１１１を出力するものである。また、補正制御器
１０６には、後述する改質装置出口の水素ガス圧
力の検出値PR1とその圧力の設定値PR0との偏差信
号ΔPRが入力されており、このΔPRが所定の値以
上に達したときもしくは比例動作により補正信号
CH１１２を出力する。加算器１０５において、
流入水素ガス量の設定値FH１１１が前記偏差信
号ΔPH１１０および補正信号CH１１２によつて補
正され、この補正された信号１１３により流量制
御弁７が制御されている。
このように構成されることから、例えば、負荷
電力が急激に増大した場合の制御動作は次のよう
になる。
電力が急激に増大した場合の制御動作は次のよう
になる。
負荷電力が増大すると電池内で消費される水素
ガス量が増大して、電池内の水素ガス圧力ひいて
は廃水素ガス圧力が低下する。このとき、まず、
FF制御器１０４からの信号FHによつて流量制御
弁７の開度が増加され、負荷電力に見合つた水素
ガス量を流入させるように制御される。また、前
述の廃水素圧ガス圧力が低下したことにより、そ
の設定値PH0と検出値PH1の偏差が生じ、減算器１
０２からPI制御器１０３を介して偏差信号ΔPH１
１０が出力される。この偏差信号ΔPH１１０によ
り前記流量制御弁７の開度はさらに増大されるよ
うに制御され、負荷電力の変動に速応すべく流入
水素ガス量は制御されている。しかし、流入水素
ガス量の変動量が大きい場合には改質装置１から
送出される水素ガス量が不足して、改質装置の出
口水素ガス圧力PR1が低下することがある。この
PR1が低下すると電池内の水素ガス圧力がさらに
低下してしまい、実質的に制御不能になるという
問題がある。そこで、本実施例では、前述の水素
ガス圧力PR1の低下の程度に応じて、即ち設定値
と検出値の偏差に応じた偏差信号ΔPR３０９によ
つて、前記流量制御弁７の開度を減少させる方向
に補正している。つまり、負荷電力の急激な変動
に対して燃料電池内の水素ガス圧力を所定の圧力
に制御するにあたつて、上流側の水素ガス供給源
である改質装置の動特性に応じて補正制御を行わ
せているものである。
ガス量が増大して、電池内の水素ガス圧力ひいて
は廃水素ガス圧力が低下する。このとき、まず、
FF制御器１０４からの信号FHによつて流量制御
弁７の開度が増加され、負荷電力に見合つた水素
ガス量を流入させるように制御される。また、前
述の廃水素圧ガス圧力が低下したことにより、そ
の設定値PH0と検出値PH1の偏差が生じ、減算器１
０２からPI制御器１０３を介して偏差信号ΔPH１
１０が出力される。この偏差信号ΔPH１１０によ
り前記流量制御弁７の開度はさらに増大されるよ
うに制御され、負荷電力の変動に速応すべく流入
水素ガス量は制御されている。しかし、流入水素
ガス量の変動量が大きい場合には改質装置１から
送出される水素ガス量が不足して、改質装置の出
口水素ガス圧力PR1が低下することがある。この
PR1が低下すると電池内の水素ガス圧力がさらに
低下してしまい、実質的に制御不能になるという
問題がある。そこで、本実施例では、前述の水素
ガス圧力PR1の低下の程度に応じて、即ち設定値
と検出値の偏差に応じた偏差信号ΔPR３０９によ
つて、前記流量制御弁７の開度を減少させる方向
に補正している。つまり、負荷電力の急激な変動
に対して燃料電池内の水素ガス圧力を所定の圧力
に制御するにあたつて、上流側の水素ガス供給源
である改質装置の動特性に応じて補正制御を行わ
せているものである。
電池制御回路(B)２００は燃料電池の空気条件を
制御するものであり、回路構成は前述の電池制御
回路(A)１００と同一である。
制御するものであり、回路構成は前述の電池制御
回路(A)１００と同一である。
第３図に示されるように、関数発生器２０１と
FF制御器２０４に負荷電力の検出値Ｄが入力さ
れている。関数発生器２０１から出力される廃空
気圧力の設定値PA0２０７は減算器２０２に入力
され、この減算器２０２には圧力検出器２７から
廃空気圧力PA1２０８が入力されている。減算器
２０２から出力される前記PA0とPA1との偏差は
PI制御器２０３によつて比例・積分処理され、
偏差信号ΔPA２１０として加算器２０５に入力さ
れている。この加算器２０５には前記FF制御器
２０４から燃料電池流入空気量のフイードフオワ
ードの設定値FA２１１が、また、後述する空気
供給装置出口圧力の設定値PC0とその検出値PC1と
の偏差信号ΔPCを補正制御器２０６により処理し
た補正信号CA２１２が各々入力されている。こ
れにより、加算器２０５からは前記偏差信号ΔPA
２１０と補正信号CA２１２により補正された流
入空気量の設定値FA２１１の信号２１３が出力
され、この信号２１３により流量制御弁８が制御
されている。
FF制御器２０４に負荷電力の検出値Ｄが入力さ
れている。関数発生器２０１から出力される廃空
気圧力の設定値PA0２０７は減算器２０２に入力
され、この減算器２０２には圧力検出器２７から
廃空気圧力PA1２０８が入力されている。減算器
２０２から出力される前記PA0とPA1との偏差は
PI制御器２０３によつて比例・積分処理され、
偏差信号ΔPA２１０として加算器２０５に入力さ
れている。この加算器２０５には前記FF制御器
２０４から燃料電池流入空気量のフイードフオワ
ードの設定値FA２１１が、また、後述する空気
供給装置出口圧力の設定値PC0とその検出値PC1と
の偏差信号ΔPCを補正制御器２０６により処理し
た補正信号CA２１２が各々入力されている。こ
れにより、加算器２０５からは前記偏差信号ΔPA
２１０と補正信号CA２１２により補正された流
入空気量の設定値FA２１１の信号２１３が出力
され、この信号２１３により流量制御弁８が制御
されている。
電池制御回路(B)２００はこのように構成されて
おり、前述と同様に負荷電力が急激に増大した場
合の制御動作について説明する。
おり、前述と同様に負荷電力が急激に増大した場
合の制御動作について説明する。
負荷電力が増大すると電池内で消費される酸素
量即ち空気量が増えて、電池内の空気圧力ひいて
は廃空気圧力が低下される。このとき、FF制御
器２０４から出力される設定値FAによつて、負
荷電力に相関させて定められた流入空気量に制御
すべく、流量制御弁８の開度が増加される。ま
た、同時に廃空気圧力低下が圧力検出器２７によ
り検出され、その設定値PA0と検出値PA1に偏差が
生じ、減算器２０２からPI制御器２０３を介し
て偏差信号ΔPA２１０が出力される。このΔPA２
１０により前記の流量制御弁８の開度はさらに増
大され、負荷電力の変動に速応すべく流入空気量
が制御されている。しかし、流入空気量の変動量
が大きいと、空気供給装置４の送出空気量制御な
どの遅れにより送出空気量が不足して、空気供給
装置４の出口圧力PC1が低下することがある。こ
のようにPC1が低下すると電池内の空気圧がさら
に低下してしまい、ついには実質的に制御不能に
なつてしまうという問題がある。そこで本実施例
では、前記水素ガスの流量制御と同様に、前記空
気供給装置出口空気圧力の設定値PC0と検出値PC0
との偏差に応じた偏差信号ΔPCによつて、前記流
量制御弁８の開度を減少させる方向に補正してい
る。つまり、急激な負荷変動に対し燃料電池内の
空気圧力を所定の圧力に制御するにあたつて、上
流側の空気供給装置の供給能力の動特性に応じて
補正制御を行わせているものである。
量即ち空気量が増えて、電池内の空気圧力ひいて
は廃空気圧力が低下される。このとき、FF制御
器２０４から出力される設定値FAによつて、負
荷電力に相関させて定められた流入空気量に制御
すべく、流量制御弁８の開度が増加される。ま
た、同時に廃空気圧力低下が圧力検出器２７によ
り検出され、その設定値PA0と検出値PA1に偏差が
生じ、減算器２０２からPI制御器２０３を介し
て偏差信号ΔPA２１０が出力される。このΔPA２
１０により前記の流量制御弁８の開度はさらに増
大され、負荷電力の変動に速応すべく流入空気量
が制御されている。しかし、流入空気量の変動量
が大きいと、空気供給装置４の送出空気量制御な
どの遅れにより送出空気量が不足して、空気供給
装置４の出口圧力PC1が低下することがある。こ
のようにPC1が低下すると電池内の空気圧がさら
に低下してしまい、ついには実質的に制御不能に
なつてしまうという問題がある。そこで本実施例
では、前記水素ガスの流量制御と同様に、前記空
気供給装置出口空気圧力の設定値PC0と検出値PC0
との偏差に応じた偏差信号ΔPCによつて、前記流
量制御弁８の開度を減少させる方向に補正してい
る。つまり、急激な負荷変動に対し燃料電池内の
空気圧力を所定の圧力に制御するにあたつて、上
流側の空気供給装置の供給能力の動特性に応じて
補正制御を行わせているものである。
次に、改質装置制御回路３００について第４図
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
図示されたように、関数発生器３０１とFF制
御器３０４に負荷電力の検出値Ｄが入力されてい
る。この検出値Ｄに相関させて関数発生器３０１
から出力される改質装置の出口水素ガス圧力の設
定値PROは減算器３０２に入力され、この減算器
３０２には圧力検出器２８から前記出口水素ガス
圧力の検出値PR1が入力されている。この減算器
３０２から出力される前記PR0とPR1との偏差信号
ΔPR３０９はPI制御器３０３によつて比例・積分
処理され、信号３１０として加算器３０５に入力
されている。この加算器３０５には前記FF制御
器３０４から改質装置の原燃料流入量のフイード
フオワードの設定値FR３１１が、また、前記電
池制御回路(A)１００から出力された偏差信号ΔPH
１１０が協調制御器３０６により演算処理された
補正信号CR３１２が各々入力されている。これ
により、加算器３０５からは前記信号３１０と補
正信号CR３１２により補正された原燃料流入量
の設定値FR３１１の信号３１３が出力される。
この信号３１３により原燃料の流量制御弁５が制
御され、さらにこの信号３１３は比率設定器３１
４によつて原燃料流入量に対応する水蒸気流入量
の設定値信号３１５に変換されて、水蒸気の流量
制御弁６に入力されている。
御器３０４に負荷電力の検出値Ｄが入力されてい
る。この検出値Ｄに相関させて関数発生器３０１
から出力される改質装置の出口水素ガス圧力の設
定値PROは減算器３０２に入力され、この減算器
３０２には圧力検出器２８から前記出口水素ガス
圧力の検出値PR1が入力されている。この減算器
３０２から出力される前記PR0とPR1との偏差信号
ΔPR３０９はPI制御器３０３によつて比例・積分
処理され、信号３１０として加算器３０５に入力
されている。この加算器３０５には前記FF制御
器３０４から改質装置の原燃料流入量のフイード
フオワードの設定値FR３１１が、また、前記電
池制御回路(A)１００から出力された偏差信号ΔPH
１１０が協調制御器３０６により演算処理された
補正信号CR３１２が各々入力されている。これ
により、加算器３０５からは前記信号３１０と補
正信号CR３１２により補正された原燃料流入量
の設定値FR３１１の信号３１３が出力される。
この信号３１３により原燃料の流量制御弁５が制
御され、さらにこの信号３１３は比率設定器３１
４によつて原燃料流入量に対応する水蒸気流入量
の設定値信号３１５に変換されて、水蒸気の流量
制御弁６に入力されている。
このように構成される改質装置制御回路３００
について、前述と同様に、負荷電力は急激に増大
した場合の制御動作について説明する。
について、前述と同様に、負荷電力は急激に増大
した場合の制御動作について説明する。
負荷電力が増大すると、前述したように水素ガ
スの消費量が増加する。改質装置１はその量に見
合う水素ガスを発生させるため、負荷電力の検出
値Ｄに相関されて定められた原燃料流入量および
水蒸気流入量のフイードフオワードの設定値FR
３１１が、FF制御器３０４から出力され、流量
制御弁５，６の開度が増加される。また、同時に
水素ガス消費量増によつて改質装置１の出口水素
ガス圧力が低下する。そこで、関数発生器３０１
から出力される負荷電力に相関させて定められた
出力水素ガス圧力の設定値PR0３０７と、圧力検
出器２８から出力されるその検出値PR1３０８と
の偏差を減算器３０２により求め、PI制御器３
０３により比例積分処理され偏差信号ΔPR３０９
に応じた信号３１０が加算器３０５に入力されて
いる。この信号３１０により前記流量制御弁５お
よび６の開度がさらに増大され、負荷電力の変動
に速応すべく水素ガスの発生量が制御されてい
る。また、負荷電力の変動が大幅な場合には改質
装置１の水素ガス発生量の追従が遅れることか
ら、前述したように前記偏差信号ΔPR３０９に応
じて燃料電池の流入水素ガス量増大を制限させて
いる。しかし、このような制限は制御の安定性に
おいて優れるが、制御の追従性という点から好ま
しいものではないので、燃料電池の廃水素ガス圧
力の偏差信号ΔPH１１０に応じた補正信号CR３１
２によつて、流量制御弁５および６の開度を増加
補正させて水素ガス発生量を増大させることによ
り、負荷変動に対する動特性の向上が図られてい
る。
スの消費量が増加する。改質装置１はその量に見
合う水素ガスを発生させるため、負荷電力の検出
値Ｄに相関されて定められた原燃料流入量および
水蒸気流入量のフイードフオワードの設定値FR
３１１が、FF制御器３０４から出力され、流量
制御弁５，６の開度が増加される。また、同時に
水素ガス消費量増によつて改質装置１の出口水素
ガス圧力が低下する。そこで、関数発生器３０１
から出力される負荷電力に相関させて定められた
出力水素ガス圧力の設定値PR0３０７と、圧力検
出器２８から出力されるその検出値PR1３０８と
の偏差を減算器３０２により求め、PI制御器３
０３により比例積分処理され偏差信号ΔPR３０９
に応じた信号３１０が加算器３０５に入力されて
いる。この信号３１０により前記流量制御弁５お
よび６の開度がさらに増大され、負荷電力の変動
に速応すべく水素ガスの発生量が制御されてい
る。また、負荷電力の変動が大幅な場合には改質
装置１の水素ガス発生量の追従が遅れることか
ら、前述したように前記偏差信号ΔPR３０９に応
じて燃料電池の流入水素ガス量増大を制限させて
いる。しかし、このような制限は制御の安定性に
おいて優れるが、制御の追従性という点から好ま
しいものではないので、燃料電池の廃水素ガス圧
力の偏差信号ΔPH１１０に応じた補正信号CR３１
２によつて、流量制御弁５および６の開度を増加
補正させて水素ガス発生量を増大させることによ
り、負荷変動に対する動特性の向上が図られてい
る。
上述した改質装置１の制御と同様な制御回路が
空気供給装置４にも設けられており、第５図にそ
の空気制御回路４００の詳細な制御ブロツク図が
示されている。
空気供給装置４にも設けられており、第５図にそ
の空気制御回路４００の詳細な制御ブロツク図が
示されている。
第４図に示されたように、負荷電力の検出値Ｄ
が関数発生器４０１とFF制御器４０４とに入力
されている。関数発生器４０１は入力される検出
値Ｄに相関させて定められる空気供給装置４の出
口圧力の設定値PC0を出力するものである。また、
FF制御器４０４は入力される検出値Ｄに相関さ
せて定められる空気供給装置４の送出空気量に対
応されたバイパス空気量（放出空気量）のフイー
ドフオワードの設定値FC４１１を出力するもの
である。減算器４０２には空気供給装置４の出口
圧力検出器２９からその検出値PC1が入力されて
おり、このPC1と前記PC0との偏差が求められ、偏
差信号ΔPC４０９としてPI制御器４０３に出力さ
れている。この偏差信号ΔPC４０９はPI制御器４
０３によつて、比例・積分処理され信号４１０と
して加算器４０５に出力されている。協調制御器
４０６には前記電池制御回路(B)２００から偏差信
号ΔPA２１０が入力されており、この協調制御器
４０６により演算処理され補正信号CC４１２が
出力される。加算器４０５において、前記送出空
気量の設定値FC４１１は前記信号４１０と補正
信号CC４１２により加算補正され、この補正さ
れた信号４１３がバイパス流量制御弁１０に入力
されている。
が関数発生器４０１とFF制御器４０４とに入力
されている。関数発生器４０１は入力される検出
値Ｄに相関させて定められる空気供給装置４の出
口圧力の設定値PC0を出力するものである。また、
FF制御器４０４は入力される検出値Ｄに相関さ
せて定められる空気供給装置４の送出空気量に対
応されたバイパス空気量（放出空気量）のフイー
ドフオワードの設定値FC４１１を出力するもの
である。減算器４０２には空気供給装置４の出口
圧力検出器２９からその検出値PC1が入力されて
おり、このPC1と前記PC0との偏差が求められ、偏
差信号ΔPC４０９としてPI制御器４０３に出力さ
れている。この偏差信号ΔPC４０９はPI制御器４
０３によつて、比例・積分処理され信号４１０と
して加算器４０５に出力されている。協調制御器
４０６には前記電池制御回路(B)２００から偏差信
号ΔPA２１０が入力されており、この協調制御器
４０６により演算処理され補正信号CC４１２が
出力される。加算器４０５において、前記送出空
気量の設定値FC４１１は前記信号４１０と補正
信号CC４１２により加算補正され、この補正さ
れた信号４１３がバイパス流量制御弁１０に入力
されている。
このように構成される空気制御回路４００につ
いて、前述と同様に、負荷電力が急激に増大した
場合の制御動作について説明する。
いて、前述と同様に、負荷電力が急激に増大した
場合の制御動作について説明する。
負荷電力が増大すると、前述したように空気消
費量が増える。空気供給装置４は増大された空気
量に見合う空気を送出させるため、まず、FF制
御器４０４から出力される設定値FC４１１に応
じてバイパス流量制御弁１０の開度が絞られる。
これにより送出空気量が増大される。また、この
とき空気供給装置４の出口空気圧力が低下するこ
とがあるので、空気供給装置４の出口空気圧力の
前記設定値PC0４０７とその検出値PC1４０８との
偏差に応じた偏差信号ΔPC４０９により、バイパ
ス流量制御弁１０の開度を減少させ出口空気圧力
を所定の値に保持させるように送出空気量が増や
される。また、負荷電力の変動幅が大きいと空気
供給装置４の送出空気量増大の追従制御が遅れる
ことがあるので、前述したように前記偏差信号
ΔPC４１０に応じて燃料電流入空気量の増加制御
を制限させている。しかし、このような制限は制
御の安定性においては優れるが、制御の追従性と
いう点から好ましいものではないことから、燃料
電池の廃空気圧力の偏差信号ΔPA２１０に応じた
補正信号CC４１２によつて、バイパス流量制御
弁１０の開度を絞る方向に補正制御して送出空気
量を増大させることにより、負荷の大幅な変動に
対する制御の動特性の向上が図られている。
費量が増える。空気供給装置４は増大された空気
量に見合う空気を送出させるため、まず、FF制
御器４０４から出力される設定値FC４１１に応
じてバイパス流量制御弁１０の開度が絞られる。
これにより送出空気量が増大される。また、この
とき空気供給装置４の出口空気圧力が低下するこ
とがあるので、空気供給装置４の出口空気圧力の
前記設定値PC0４０７とその検出値PC1４０８との
偏差に応じた偏差信号ΔPC４０９により、バイパ
ス流量制御弁１０の開度を減少させ出口空気圧力
を所定の値に保持させるように送出空気量が増や
される。また、負荷電力の変動幅が大きいと空気
供給装置４の送出空気量増大の追従制御が遅れる
ことがあるので、前述したように前記偏差信号
ΔPC４１０に応じて燃料電流入空気量の増加制御
を制限させている。しかし、このような制限は制
御の安定性においては優れるが、制御の追従性と
いう点から好ましいものではないことから、燃料
電池の廃空気圧力の偏差信号ΔPA２１０に応じた
補正信号CC４１２によつて、バイパス流量制御
弁１０の開度を絞る方向に補正制御して送出空気
量を増大させることにより、負荷の大幅な変動に
対する制御の動特性の向上が図られている。
従つて、本実施例によれば、負荷電力の検出値
に相関させて定められる圧力設定値に応じて燃料
電池、改質装置および空気供給装置の出口圧力が
制御され、且つ負荷電力の検出値に相関させて定
められるフイードフオワード設定値によつて前記
各装置の送出量あるいは流入量を制御しているこ
とから、負荷電力の変動に応じて速やかに各装置
を運転を追従させることができる。
に相関させて定められる圧力設定値に応じて燃料
電池、改質装置および空気供給装置の出口圧力が
制御され、且つ負荷電力の検出値に相関させて定
められるフイードフオワード設定値によつて前記
各装置の送出量あるいは流入量を制御しているこ
とから、負荷電力の変動に応じて速やかに各装置
を運転を追従させることができる。
また、本実施例によれば、燃料電池内の水素ガ
ス圧力と空気圧力が低下または上昇したことを検
出し、この圧力変動に応じて水素ガスおよび空気
の送出量を増大または減少させるように改質装置
と空気供給装置とが制御されることから、急激な
負荷電力の変動に合わせて速やかに各装置の運転
条件を制御でき、制御の動特性を著るしく向上さ
せることができる。
ス圧力と空気圧力が低下または上昇したことを検
出し、この圧力変動に応じて水素ガスおよび空気
の送出量を増大または減少させるように改質装置
と空気供給装置とが制御されることから、急激な
負荷電力の変動に合わせて速やかに各装置の運転
条件を制御でき、制御の動特性を著るしく向上さ
せることができる。
さらに、改質装置と空気供給装置の動特性をそ
れらの出口圧力の変動から検知し、その圧力変動
に応じて燃料電池の流入水素ガス量と流入空気量
を制限するように制御されていることから、各装
置の運転バランスが図られ、且つ制御の安定性を
向上させることができる。
れらの出口圧力の変動から検知し、その圧力変動
に応じて燃料電池の流入水素ガス量と流入空気量
を制限するように制御されていることから、各装
置の運転バランスが図られ、且つ制御の安定性を
向上させることができる。
以上説明したように、本発明によれば、燃料電
池発電プラントの動的な制御が達成され、急激な
負荷変動に対し速やかに各装置を最適な状態に制
御することができ、制御の追従性および安定性を
向上させることができるという効果がある。
池発電プラントの動的な制御が達成され、急激な
負荷変動に対し速やかに各装置を最適な状態に制
御することができ、制御の追従性および安定性を
向上させることができるという効果がある。
第１図は従来例の燃料電池発電プラントの構成
図、第２図は本発明の適用された一実施例の燃料
電池発電プラントの構成図、第３図〜第５図は第
２図図示実施例の部分詳細図であり第３図は電池
制御回路の制御ブロツク図、第４図は改質装置制
御回路の制御ブロツク図、第５図は空気制御回路
の制御ブロツク図である。 １……改質装置、３……燃料電池、４……空気
供給装置、５〜８……流量制御弁、１０……バイ
パス流量制御弁、２６〜２９……圧力検出器、１
００，２００……電池制御回路、３００……改質
装置制御回路、４００……空気制御回路。
図、第２図は本発明の適用された一実施例の燃料
電池発電プラントの構成図、第３図〜第５図は第
２図図示実施例の部分詳細図であり第３図は電池
制御回路の制御ブロツク図、第４図は改質装置制
御回路の制御ブロツク図、第５図は空気制御回路
の制御ブロツク図である。 １……改質装置、３……燃料電池、４……空気
供給装置、５〜８……流量制御弁、１０……バイ
パス流量制御弁、２６〜２９……圧力検出器、１
００，２００……電池制御回路、３００……改質
装置制御回路、４００……空気制御回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 原燃料を改質して水素ガスを発生する改質装
置と圧縮空気を送出する空気供給装置と前記改質
装置から流入される水素ガスと前記空気供給装置
から流入される空気とを反応させて発電する燃料
電池とを備えて構成される燃料電池発電プラント
制御システムにおいて、前記燃料電池の負荷を検
出し、該負荷電力に相関させて前記燃料電池出口
の廃水素ガス圧力と廃空気圧力と前記改質出口水
素ガス圧力と前記空気供給装置出口空気圧力の各
設定値を求める演算手段と、前記各々の圧力を検
出する手段と、前記演算手段により定められた各
設定値と前記検出手段により検出された各々の検
出値との偏差信号に応じて各々対応する前記燃料
電池の流入水素ガス量と流入空気量と前記改質装
置の原燃料流入量と前記空気供給装置の送出空気
量とを制御する制御手段とを設けたことを特徴と
する燃料電池発電プラント制御システム。 ２ 原燃料を改質して水素ガスを発生する改質装
置と圧縮空気を送出する空気供給装置と前記改質
装置から流入される水素ガスと前記空気供給装置
から流入される空気とを反応させて発電する燃料
電池とを備えて構成される燃料電池発電プラント
制御システムにおいて、前記燃料電池の負荷電力
を検出し、該負荷電力に相関させて前記燃料電池
出口の水素ガス圧力と廃空気圧力と前記改質装置
出口水素ガス圧力と前記空気供給装置出口空気圧
力の各設定値を求める第１の演算手段と、前記
各々の圧力を検出する検出手段と、前記負荷電力
に相関させて前記燃料電池の流入水素ガス量と流
入空気量と前記改質装置の原燃料流入量と前記空
気供給装置の送出空気量の各フイードフオワード
設定値を求める第２の演算手段とを有し、前記第
１の演算手段により定められた各設定値と前記検
出手段により検出された各々の検出値との偏差信
号により前記第２の演算手段により定められた各
フイードフオワード設定値を補正し、該補正され
た設定値により前記各々の対応する流量を制御す
る制御手段を設けたことを特徴とする燃料電池発
電プラント制御システム。 ３ 原燃料を改質して水素ガスを発生する改質装
置と圧縮空気を送出する空気供給装置と前記空気
供給装置から流入される空気とを反応させて発電
する燃料電池とを備え、前記燃料電池の負荷電力
を検出し、該負荷電力に相関させて前記燃料電池
出口の廃水素ガス圧力と廃空気圧力と前記改質装
置出口水素ガス圧力と前記空気供給装置出口空気
圧力の各設定値を求める演算手段と、前記各々の
圧力を検出する検出手段と、前記演算手段により
定められた各設定値と前記検出手段により検出さ
れた各々の検出値との偏差信号に応じて各々対応
する前記燃料電池の流入水素ガス量と流入空気量
と前記改質装置の原燃料流入量と前記空気供給装
置の送出空気量とを制御する制御手段とから構成
される燃料電池発電プラント制御システムにおい
て、前記改質装置の出口水素ガス圧力の前記偏差
信号および前記空気供給装置出口空気圧力の前記
偏差信号によりそれぞれ前記廃水素ガス圧力の前
記偏差信号および前記廃空気圧力の前記偏差信号
を補正する第１の補正手段と、前記廃水素ガス圧
力の前記偏差信号および前記廃空気圧力の前記偏
差信号によりそれぞれ前記改質装置の出口水素ガ
ス圧力の前記偏差信号および前記空気供給装置出
口空気圧力の前記偏差信号を補正する第２の補正
手段のうち少なくとも１つの補正手段を備えたこ
とを特徴とする燃料電池発電プラント制御システ
ム。 ４ 原燃料を改質して水素ガスを発生する改質装
置と圧縮空気を送出する空気供給装置と前記改質
装置から流入される水素ガスと前記空気供給装置
から流入される空気とを反応させて発電する燃料
電池とを備え、前記燃料電池の負荷電力を検出
し、該負荷電力に相関させて前記燃料電池出口の
廃水素ガス圧力と廃空気圧力と前記改質装置出口
水素ガス圧力と前記空気供給装置出口空気圧力の
各設定値を求める第１の演算手段と、前記各々の
圧力を検出する検出手段と、前記負荷電力に相関
させて前記燃料電池の流入水素ガス量と流入空気
量と前記改質装置の原燃料流入量と前記空気供給
装置の送出空気量の各フイードフオワード設定値
を求める第２の演算手段とを有し、前記第１の演
算手段により定められた各設定値と前記検出手段
により検出された各々の検出値との偏差信号によ
り前記第２の演算手段により定められた各フイー
ドフオワード設定値を補正し、該補正された設定
値により前記各々の対応する流量を制御する制御
手段とから構成される燃料電池発電プラント制御
システムにおいて、前記改質装置の出口水素ガス
圧力の前記偏差信号および前記空気供給装置出口
空気圧力の前記偏差信号によりそれぞれ前記燃料
電池の流入水素ガス量の前記補正された設定値お
よび前記燃料電池の流入空気量の前記補正された
設定値を補正する第１の補正手段と、前記廃水素
ガス圧力の前記偏差信号および前記廃空気圧力の
前記偏差信号によりそれぞれ前記原燃料流入量の
前記補正された設定値および前記空気供給装置の
送出空気量の前記補正された設定値を補正する第
２の補正手段のうち少なくとも１つの補正手段を
備えたことを特徴とする燃料電池発電プラント制
御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57010114A JPS58128673A (ja) | 1982-01-27 | 1982-01-27 | 燃料電池発電プラント制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57010114A JPS58128673A (ja) | 1982-01-27 | 1982-01-27 | 燃料電池発電プラント制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58128673A JPS58128673A (ja) | 1983-08-01 |
| JPS6356673B2 true JPS6356673B2 (ja) | 1988-11-09 |
Family
ID=11741277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57010114A Granted JPS58128673A (ja) | 1982-01-27 | 1982-01-27 | 燃料電池発電プラント制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58128673A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0763020B2 (ja) * | 1983-02-14 | 1995-07-05 | 株式会社東芝 | 燃料電池の起動停止装置 |
| JPS60146467A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-02 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池発電装置の運転制御方式 |
| JPH079813B2 (ja) * | 1986-08-12 | 1995-02-01 | 富士電機株式会社 | 燃料電池発電プラント |
| JP2695860B2 (ja) * | 1988-09-19 | 1998-01-14 | 株式会社東芝 | 燃料電池発電システムの制御装置 |
| JP2819819B2 (ja) * | 1990-11-02 | 1998-11-05 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池の異常検出装置 |
| JP3940839B2 (ja) * | 2002-08-02 | 2007-07-04 | 株式会社日立産機システム | 車両用の燃料電池システム |
| JP4684576B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-05-18 | 株式会社荏原製作所 | 燃料電池発電システム |
| JP2007122888A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Atsuhiro Yoshizaki | 燃料電池システム |
| JP5002025B2 (ja) * | 2010-01-13 | 2012-08-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料改質システムおよび燃料改質システムの制御方法 |
-
1982
- 1982-01-27 JP JP57010114A patent/JPS58128673A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58128673A (ja) | 1983-08-01 |
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