JP2001126748A - 燃料電池発電装置の運転方法 - Google Patents
燃料電池発電装置の運転方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質器に供給する熱量を必要最小限とする改
質器の温度制御を行って発電効率の向上を図った燃料電
池発電装置の運転方法を提供する。 【解決手段】 原燃料ガスを水蒸気改質反応により水素
リッチな改質ガスにするための改質器７と、燃料電池１
０から排出されるオフ水素をオフ空気と共に燃焼させる
バーナ１７とを有し、改質器７における改質器温度測定
値３２が、あらかじめ設定した改質器設定温度３３とな
るように前記原燃料ガスの流量を制御する燃料電池発電
装置の運転方法において、燃料電池発電装置の運転中、
改質器７における改質率が略一定となるように、触媒活
性を考慮した所期の改質器設定温度と燃料電池発電装置
の累積運転時間とのあらかじめ求めた相関に基づき、改
質器温度設定値補正演算回路４０により、前記改質器設
定温度３３を補正する。
質器の温度制御を行って発電効率の向上を図った燃料電
池発電装置の運転方法を提供する。 【解決手段】 原燃料ガスを水蒸気改質反応により水素
リッチな改質ガスにするための改質器７と、燃料電池１
０から排出されるオフ水素をオフ空気と共に燃焼させる
バーナ１７とを有し、改質器７における改質器温度測定
値３２が、あらかじめ設定した改質器設定温度３３とな
るように前記原燃料ガスの流量を制御する燃料電池発電
装置の運転方法において、燃料電池発電装置の運転中、
改質器７における改質率が略一定となるように、触媒活
性を考慮した所期の改質器設定温度と燃料電池発電装置
の累積運転時間とのあらかじめ求めた相関に基づき、改
質器温度設定値補正演算回路４０により、前記改質器設
定温度３３を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、原燃料を水蒸気
改質反応により水素リッチな改質ガスにするための改質
器を備えた燃料電池発電装置の運転方法に関する。
改質反応により水素リッチな改質ガスにするための改質
器を備えた燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置に組み込まれる燃料電
池としては、電解質の種類、改質原料の種類等によって
異なる種々のタイプがあるが、実用的なものとして、リ
ン酸高濃度水溶液を電解質として用いたリン酸型燃料電
池や、固体高分子型燃料電池がよく知られている。
池としては、電解質の種類、改質原料の種類等によって
異なる種々のタイプがあるが、実用的なものとして、リ
ン酸高濃度水溶液を電解質として用いたリン酸型燃料電
池や、固体高分子型燃料電池がよく知られている。
【０００３】リン酸型燃料電池や固体高分子型燃料電池
は、一般に、天然ガスやメタノール等の炭化水素改質原
燃料を、水蒸気改質して得られた改質ガス中の水素と、
空気中の酸素とを、燃料電池の燃料極および空気極にそ
れぞれ供給し、電気化学反応に基づいて発電を行うもの
で、原燃料を燃料ガスに改質する改質装置としては、原
燃料に水を加えて加熱し、水蒸気と原燃料ガスを触媒を
用いて改質する水蒸気改質反応を利用したものがよく知
られている。
は、一般に、天然ガスやメタノール等の炭化水素改質原
燃料を、水蒸気改質して得られた改質ガス中の水素と、
空気中の酸素とを、燃料電池の燃料極および空気極にそ
れぞれ供給し、電気化学反応に基づいて発電を行うもの
で、原燃料を燃料ガスに改質する改質装置としては、原
燃料に水を加えて加熱し、水蒸気と原燃料ガスを触媒を
用いて改質する水蒸気改質反応を利用したものがよく知
られている。
【０００４】上記燃料電池発電装置の場合、改質触媒層
に通流する原燃料ガスとしては、都市ガス，天然ガス，
メタンガス等の原燃料ガスやメタノール，エタノール，
ガソリン等の液状の炭化水素と水とを混合してなる液体
燃料を気化した原燃料ガスが用いられる。
に通流する原燃料ガスとしては、都市ガス，天然ガス，
メタンガス等の原燃料ガスやメタノール，エタノール，
ガソリン等の液状の炭化水素と水とを混合してなる液体
燃料を気化した原燃料ガスが用いられる。
【０００５】図４は、原燃料としてメタノールを用い、
水蒸気改質によって改質する燃料改質器を用いた燃料電
池発電装置の一例を示し、燃料電池、改質器、蒸発器、
ＣＯ除去器、排水素燃焼器、およびそれらを接続してい
る原燃料供給系の配管等を示した概略フロー図である。
水蒸気改質によって改質する燃料改質器を用いた燃料電
池発電装置の一例を示し、燃料電池、改質器、蒸発器、
ＣＯ除去器、排水素燃焼器、およびそれらを接続してい
る原燃料供給系の配管等を示した概略フロー図である。
【０００６】原燃料（ここではメタノールと水がすでに
適量割合で混合しているものとして示す）は原燃料タン
ク１から原燃料ポンプ２によって、原燃料供給配管３を
通って蒸発器４へと供給される。蒸発器４を出た原燃料
ガスは、原燃料ガス供給配管６を通って改質器７へと供
給される。
適量割合で混合しているものとして示す）は原燃料タン
ク１から原燃料ポンプ２によって、原燃料供給配管３を
通って蒸発器４へと供給される。蒸発器４を出た原燃料
ガスは、原燃料ガス供給配管６を通って改質器７へと供
給される。
【０００７】改質器７では、水蒸気改質反応により水素
リッチな燃料ガスを生成する。改質器７を出た改質ガス
は改質ガス供給配管８を通ってＣＯ除去器９に入り、Ｃ
Ｏ濃度を電池の性能に悪影響を与えない程度まで低下さ
せた後に、燃料電池１０へと供給される。燃料電池１０
では、例えば水素利用率８０％、即ち８０％の水素が消
費された後に、排水素供給配管１１を通って、例えば触
媒燃焼器を用いた排水素燃焼器１２へと供給される。排
水素燃焼器１２へは同時に排空気供給配管１３を通って
排空気が供給される。
リッチな燃料ガスを生成する。改質器７を出た改質ガス
は改質ガス供給配管８を通ってＣＯ除去器９に入り、Ｃ
Ｏ濃度を電池の性能に悪影響を与えない程度まで低下さ
せた後に、燃料電池１０へと供給される。燃料電池１０
では、例えば水素利用率８０％、即ち８０％の水素が消
費された後に、排水素供給配管１１を通って、例えば触
媒燃焼器を用いた排水素燃焼器１２へと供給される。排
水素燃焼器１２へは同時に排空気供給配管１３を通って
排空気が供給される。
【０００８】排水素燃焼器１２を出た燃焼排ガスは燃焼
排ガス供給配管１４を通って蒸発器４へと供給され原燃
料を蒸発させるエネルギー源となる。燃料電池への反応
空気は、ブロア１５によって反応空気供給配管１６を通
って供給される。
排ガス供給配管１４を通って蒸発器４へと供給され原燃
料を蒸発させるエネルギー源となる。燃料電池への反応
空気は、ブロア１５によって反応空気供給配管１６を通
って供給される。
【０００９】上記燃料電池発電装置において、原燃料ガ
スとして例えば都市ガスを用いる場合には、前記蒸発器
４は不要となるが、改質用の水蒸気が別途改質器に注入
される。また、排水素燃焼器は、直接燃焼用のバーナと
し、このバーナを、改質器本体に組み込むように構成さ
れたものも多く実用化されている。
スとして例えば都市ガスを用いる場合には、前記蒸発器
４は不要となるが、改質用の水蒸気が別途改質器に注入
される。また、排水素燃焼器は、直接燃焼用のバーナと
し、このバーナを、改質器本体に組み込むように構成さ
れたものも多く実用化されている。
【００１０】図３は、燃料電池発電装置の運転方法に関
わり、この発明に関連ある部分を主体とした従来のシス
テム系統図を示す。図３において、１０は燃料電池、７
は改質器、１７は排水素燃焼器としての改質器バーナ、
１８は原燃料ガス流量調節弁を示す。また、１９は原燃
料ガス用の流量計、２０は改質器温度測定器、２１は燃
料電池の出力電流測定用の電流計、２２は必要原燃料ガ
ス流量演算回路、２３および２４はフィードバック制
御、例えばＰＩＤ動作を行わせるためのＰＩＤ制御器で
ある。さらに、３０〜３５は諸設定値または測定値であ
り、各ブロック内のSVは、Set Point Valueを示し、ま
たPVは、Process Valueを示す。
わり、この発明に関連ある部分を主体とした従来のシス
テム系統図を示す。図３において、１０は燃料電池、７
は改質器、１７は排水素燃焼器としての改質器バーナ、
１８は原燃料ガス流量調節弁を示す。また、１９は原燃
料ガス用の流量計、２０は改質器温度測定器、２１は燃
料電池の出力電流測定用の電流計、２２は必要原燃料ガ
ス流量演算回路、２３および２４はフィードバック制
御、例えばＰＩＤ動作を行わせるためのＰＩＤ制御器で
ある。さらに、３０〜３５は諸設定値または測定値であ
り、各ブロック内のSVは、Set Point Valueを示し、ま
たPVは、Process Valueを示す。
【００１１】図３により、改質器温度と燃料電池燃料極
の水素利用率を基にして原燃料ガス流量を制御する従来
の燃料電池発電装置の運転方法について以下に述べる。
の水素利用率を基にして原燃料ガス流量を制御する従来
の燃料電池発電装置の運転方法について以下に述べる。
【００１２】燃料電池１０では、下記の反応が行われ、
水素1molと酸素0.5molで２ファラデーの電荷が流れる。
水素1molと酸素0.5molで２ファラデーの電荷が流れる。
【００１３】
【化１】anode：Ｈ2→2Ｈ+＋2ｅ-
【００１４】
【化２】cathode：1/2Ｏ2＋2Ｈ+＋2ｅ-→Ｈ2Ｏ したがって、発電に必要な理論水素流量は電流計２１の
出力から以下のように求めることができる。
出力から以下のように求めることができる。
【００１５】必要理論水素量(mol/s) =[電池電流(A)×
セル数]÷[電子数×ファラデー定数]燃料電池のセル
は、供給される水素量が必要理論水素量を下回ると触媒
の担体であるカーボンが腐食するため、実際には必要理
論水素量以上の水素を供給している。このときの過剰度
合いは水素利用率で示され、実際の必要水素量は以下の
ようにして求められる。
セル数]÷[電子数×ファラデー定数]燃料電池のセル
は、供給される水素量が必要理論水素量を下回ると触媒
の担体であるカーボンが腐食するため、実際には必要理
論水素量以上の水素を供給している。このときの過剰度
合いは水素利用率で示され、実際の必要水素量は以下の
ようにして求められる。
【００１６】必要水素量(mol/s) =必要理論水素量(mol/
s)／（[水素利用率(%)]／１００） 水素利用率が８０％の場合は、必要水素量は必要理論水
素量の1.25倍となる。燃料電池の発電に用いられる水素
は、一般的には都市ガス、天然ガス、メタンガス、メタ
ノール、エタノール、ガソリン等を改質器で改質して得
ている。 CH4を例にとると改質器における反応式は次の
ようになる。
s)／（[水素利用率(%)]／１００） 水素利用率が８０％の場合は、必要水素量は必要理論水
素量の1.25倍となる。燃料電池の発電に用いられる水素
は、一般的には都市ガス、天然ガス、メタンガス、メタ
ノール、エタノール、ガソリン等を改質器で改質して得
ている。 CH4を例にとると改質器における反応式は次の
ようになる。
【００１７】
【化３】 CH4＋H2O→3H2＋CO ΔH298＝ 205.75kJ/mol (1)
【００１８】
【化４】 CO＋H2O→CO2＋H2 ΔH298＝− 41.12kJ/mol ( 2) 水蒸気改質反応では吸熱反応である(1)式が支配的であ
るため、温度が高いほど反応は右側に偏りCH4の改質率
は上昇し、生成する水素量も増加する。燃料電池発電装
置では、燃料(都市ガス、天然ガス、メタンガス、メタ
ノール、エタノール、ガソリン等)単位あたりに生成す
る水素量の割合を一定に維持できるように改質器温度を
制御しており、改質器性能は以下の改質率が指標として
用いられている。
るため、温度が高いほど反応は右側に偏りCH4の改質率
は上昇し、生成する水素量も増加する。燃料電池発電装
置では、燃料(都市ガス、天然ガス、メタンガス、メタ
ノール、エタノール、ガソリン等)単位あたりに生成す
る水素量の割合を一定に維持できるように改質器温度を
制御しており、改質器性能は以下の改質率が指標として
用いられている。
【００１９】改質率(%)＝（ＣCO2＋ＣCO）／（ＣCH4＋
ＣCO2＋ＣCO）×１００ ここで、ＣCO2：改質器出口でのCO2濃度(%)， ＣCO：改
質器出口でのCO濃度(%)，ＣCH4：改質器出口でのCH4濃
度(%) 図３において、改質前の電池発電用原燃料ガス流量３０
(FFC-SV)は、電池の出力電流３１（IFC-PV）から求めら
れた必要水素量をあらかじめ設定された改質率における
燃料ガス供給量と生成水素量との関係から、必要原燃料
ガス流量演算回路２２により求められている。
ＣCO2＋ＣCO）×１００ ここで、ＣCO2：改質器出口でのCO2濃度(%)， ＣCO：改
質器出口でのCO濃度(%)，ＣCH4：改質器出口でのCH4濃
度(%) 図３において、改質前の電池発電用原燃料ガス流量３０
(FFC-SV)は、電池の出力電流３１（IFC-PV）から求めら
れた必要水素量をあらかじめ設定された改質率における
燃料ガス供給量と生成水素量との関係から、必要原燃料
ガス流量演算回路２２により求められている。
【００２０】改質器７では、改質器温度測定値３２(TRF
-PV)があらかじめ設定された改質率に相当する改質器設
定温度３３(TRF-SV)となるように、改質器バーナ１７の
燃焼量を制御するための改質器温度調節用原燃料ガス流
量３４(FRF-SV)を算出する。なお、図３においては、Ｐ
ＩＤ制御器２３を使用する例を示したが、ＰＩＤ制御器
を単なる比較器とすることもできる。
-PV)があらかじめ設定された改質率に相当する改質器設
定温度３３(TRF-SV)となるように、改質器バーナ１７の
燃焼量を制御するための改質器温度調節用原燃料ガス流
量３４(FRF-SV)を算出する。なお、図３においては、Ｐ
ＩＤ制御器２３を使用する例を示したが、ＰＩＤ制御器
を単なる比較器とすることもできる。
【００２１】改質率は改質触媒の温度で決定されるた
め、改質器温度の制御点としては改質器触媒温度、もし
くは改質器触媒での温度の遅れを考慮して改質触媒近傍
の炉壁温度、あるいは双方が用いられている。燃料電池
発電システムに供給される原燃料ガス流量３５(F-PV)
は、電池発電用原燃料ガス流量３０(FFC-SV)に改質器温
度調節用原燃料ガス流量３４(FRF-SV)を加えた流量とな
るように、流量計１９と原燃料ガス流量調節弁１８によ
りフィードバック制御される。
め、改質器温度の制御点としては改質器触媒温度、もし
くは改質器触媒での温度の遅れを考慮して改質触媒近傍
の炉壁温度、あるいは双方が用いられている。燃料電池
発電システムに供給される原燃料ガス流量３５(F-PV)
は、電池発電用原燃料ガス流量３０(FFC-SV)に改質器温
度調節用原燃料ガス流量３４(FRF-SV)を加えた流量とな
るように、流量計１９と原燃料ガス流量調節弁１８によ
りフィードバック制御される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の燃
料電池発電装置の運転方法においては、下記のような問
題点がある。
料電池発電装置の運転方法においては、下記のような問
題点がある。
【００２３】燃料電池発電装置の運転に伴う経時的な触
媒活性の低下により、運転累積時間の増大に伴い改質率
は低下していく。そのため、改質器をある温度あるいは
ある温度範囲に維持する従来の制御方法においては、運
転初期は改質率が高く、運転終期は改質率が低い運用と
なる。電池の水素利用率は、原燃料ガス流量が同一の場
合は改質率が低くなるほど高くなるため、原燃料ガス流
量は改質率が最も低くなる運転終期においても電池水素
利用率が上限値を超えないように設定されている。
媒活性の低下により、運転累積時間の増大に伴い改質率
は低下していく。そのため、改質器をある温度あるいは
ある温度範囲に維持する従来の制御方法においては、運
転初期は改質率が高く、運転終期は改質率が低い運用と
なる。電池の水素利用率は、原燃料ガス流量が同一の場
合は改質率が低くなるほど高くなるため、原燃料ガス流
量は改質率が最も低くなる運転終期においても電池水素
利用率が上限値を超えないように設定されている。
【００２４】上記制御方法においては、改質触媒の活性
が高い運転初期においても改質器は運転終期における温
度または温度範囲で制御されるため、運転初期では高改
質率、低水素利用率で運転されることとなる。改質器に
おける改質反応は前述のように吸熱反応のため、改質触
媒に対してその吸熱量に見合う熱量を与えてやる必要が
ある。燃料電池発電システムでは、燃料電池で消費され
なかった燃料極オフガスを例えば改質器バーナ部で燃焼
させることにより、前記吸熱量に相当する発熱量を得て
おり、その増減は原燃料ガス流量を調節することにより
行っている。改質率が高い場合は吸熱量がより多くなる
ため、原燃料ガス流量を増加させる必要があり、その結
果発電効率が低下することとなる。
が高い運転初期においても改質器は運転終期における温
度または温度範囲で制御されるため、運転初期では高改
質率、低水素利用率で運転されることとなる。改質器に
おける改質反応は前述のように吸熱反応のため、改質触
媒に対してその吸熱量に見合う熱量を与えてやる必要が
ある。燃料電池発電システムでは、燃料電池で消費され
なかった燃料極オフガスを例えば改質器バーナ部で燃焼
させることにより、前記吸熱量に相当する発熱量を得て
おり、その増減は原燃料ガス流量を調節することにより
行っている。改質率が高い場合は吸熱量がより多くなる
ため、原燃料ガス流量を増加させる必要があり、その結
果発電効率が低下することとなる。
【００２５】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、この発明の課題は、原燃料を水蒸気改質反応に
より水素リッチな改質ガスにするための改質器を備えた
燃料電池発電装置の運転方法において、改質器に供給す
る熱量を必要最小限とする改質器の温度制御を行って、
発電効率の向上を図ることにある。
もので、この発明の課題は、原燃料を水蒸気改質反応に
より水素リッチな改質ガスにするための改質器を備えた
燃料電池発電装置の運転方法において、改質器に供給す
る熱量を必要最小限とする改質器の温度制御を行って、
発電効率の向上を図ることにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、この発明は、都市ガス，天然ガス，メタンガス等
の原燃料ガスやメタノール，エタノール，ガソリン等の
液状の炭化水素と水とを混合してなる液体燃料を気化し
た原燃料ガスを改質触媒層に通流して，水蒸気改質反応
により水素リッチな改質ガスにして，この改質ガスを燃
料電池に供給するための改質器と、燃料電池から排出さ
れる排水素を空気と共に燃焼させる排水素燃焼器とを有
し、前記改質器における改質器温度測定値が、あらかじ
め設定した改質器設定温度となるように前記原燃料ガス
の流量を制御する燃料電池発電装置の運転方法におい
て、燃料電池発電装置の運転中、前記改質器における改
質率が略一定となるように、前記改質器設定温度を補正
することとする（請求項１）。
めに、この発明は、都市ガス，天然ガス，メタンガス等
の原燃料ガスやメタノール，エタノール，ガソリン等の
液状の炭化水素と水とを混合してなる液体燃料を気化し
た原燃料ガスを改質触媒層に通流して，水蒸気改質反応
により水素リッチな改質ガスにして，この改質ガスを燃
料電池に供給するための改質器と、燃料電池から排出さ
れる排水素を空気と共に燃焼させる排水素燃焼器とを有
し、前記改質器における改質器温度測定値が、あらかじ
め設定した改質器設定温度となるように前記原燃料ガス
の流量を制御する燃料電池発電装置の運転方法におい
て、燃料電池発電装置の運転中、前記改質器における改
質率が略一定となるように、前記改質器設定温度を補正
することとする（請求項１）。
【００２７】上記改質器設定温度の補正方法としては、
請求項２のように、前記請求項１に記載の運転方法にお
いて、前記改質率を略一定とするための，触媒活性を考
慮した所期の改質器設定温度と、燃料電池発電装置の累
積運転時間とのあらかじめ求めた相関に基づき、前記改
質器設定温度を補正することとする。
請求項２のように、前記請求項１に記載の運転方法にお
いて、前記改質率を略一定とするための，触媒活性を考
慮した所期の改質器設定温度と、燃料電池発電装置の累
積運転時間とのあらかじめ求めた相関に基づき、前記改
質器設定温度を補正することとする。
【００２８】上記のように、改質率が略一定となるよう
に改質器温度を変化させることにより、高改質率による
吸熱量の増加を抑えることができ、改質器バーナでの必
要燃焼量も抑えることができるため、原燃料ガス流量が
低減して発電効率が向上する。
に改質器温度を変化させることにより、高改質率による
吸熱量の増加を抑えることができ、改質器バーナでの必
要燃焼量も抑えることができるため、原燃料ガス流量が
低減して発電効率が向上する。
【００２９】さらに、前記請求項２の運転方法におい
て、燃料電池発電装置の運転中に、改質器出口の改質ガ
スのガス組成を分析して得られた運転情報に基づき、前
記燃料電池発電装置の累積運転時間とのあらかじめ求め
た相関を補正し、この補正された相関に基づき、前記改
質器設定温度を補正することとする（請求項３）ことに
より、燃料電池発電装置の実運転状態に則した適正な補
正制御が可能となる。
て、燃料電池発電装置の運転中に、改質器出口の改質ガ
スのガス組成を分析して得られた運転情報に基づき、前
記燃料電池発電装置の累積運転時間とのあらかじめ求め
た相関を補正し、この補正された相関に基づき、前記改
質器設定温度を補正することとする（請求項３）ことに
より、燃料電池発電装置の実運転状態に則した適正な補
正制御が可能となる。
【００３０】さらにまた、請求項４のように、前記請求
項１または３のいずれかに記載の運転方法において、前
記燃料電池における水素利用率が所定の上限値を超えな
い範囲で所定の上限値近傍となるように、前記改質率を
定めることにより、原燃料ガス流量を最大限に低減する
ことができ、発電効率が最も向上する。
項１または３のいずれかに記載の運転方法において、前
記燃料電池における水素利用率が所定の上限値を超えな
い範囲で所定の上限値近傍となるように、前記改質率を
定めることにより、原燃料ガス流量を最大限に低減する
ことができ、発電効率が最も向上する。
【００３１】
【発明の実施の形態】図面に基づき、この発明の実施の
形態について以下にのべる。
形態について以下にのべる。
【００３２】図１は、請求項２の発明に関わる燃料電池
発電装置の運転方法の実施例を示す系統図である。図１
において、図３と同等の機能部材や測定値および設定値
には同一の番号を付して説明を省略する。図１の系統図
が図３に記載された系統図と異なる点は、図１の系統に
おいては、改質器設定温度３３とＰＩＤ制御器２３との
間に、改質器温度設定値補正演算回路４０と累積運転時
間計４１(Time Counter)とを設けた点である。
発電装置の運転方法の実施例を示す系統図である。図１
において、図３と同等の機能部材や測定値および設定値
には同一の番号を付して説明を省略する。図１の系統図
が図３に記載された系統図と異なる点は、図１の系統に
おいては、改質器設定温度３３とＰＩＤ制御器２３との
間に、改質器温度設定値補正演算回路４０と累積運転時
間計４１(Time Counter)とを設けた点である。
【００３３】図１においては、累積運転時間計４１の運
転時間(Time)から、あらかじめ設定された改質率となる
改質器温度(TRF)を求めることができるように、改質器
温度設定値補正演算回路４０において運転時間（Time）
と改質器温度(TRF)との関係式から算出して、改質器温
度設定値３３(TRF-SV)を補正する。改質器温度測定値３
２(TRF-PV)と補正された改質器温度設定値との差に応じ
て改質器温度調節用原燃料ガス流量３４(FRF-SV)をＰＩ
Ｄ制御器２３により算出する。改質器温度調節用原燃料
ガス流量３４(FRF-SV)に電池発電用原燃料ガス流量３０
(FFC-SV)を加えた原燃料ガス流量３５(F-SV)を改質器７
に供給するように、流量計１９とＰＩＤ制御器２４と原
燃料ガス流量調節弁１８とにより制御する。
転時間(Time)から、あらかじめ設定された改質率となる
改質器温度(TRF)を求めることができるように、改質器
温度設定値補正演算回路４０において運転時間（Time）
と改質器温度(TRF)との関係式から算出して、改質器温
度設定値３３(TRF-SV)を補正する。改質器温度測定値３
２(TRF-PV)と補正された改質器温度設定値との差に応じ
て改質器温度調節用原燃料ガス流量３４(FRF-SV)をＰＩ
Ｄ制御器２３により算出する。改質器温度調節用原燃料
ガス流量３４(FRF-SV)に電池発電用原燃料ガス流量３０
(FFC-SV)を加えた原燃料ガス流量３５(F-SV)を改質器７
に供給するように、流量計１９とＰＩＤ制御器２４と原
燃料ガス流量調節弁１８とにより制御する。
【００３４】図２は、請求項３の発明に関わる実施例を
示す。図２の系統図が図１に記載された系統図と異なる
点は、図２の系統においては、燃料電池発電装置の運転
中に前記改質器出口の改質ガスのガス組成をガス組成測
定器５１により測定し、これを分析して得られた運転情
報に基づき、この運転情報に基づく相関補正回路５２に
より前記運転時間（Time）と改質器温度(TRF)との相関
を補正し、この補正された相関に基づき、前記改質器設
定温度を補正する改質器温度設定値補正演算回路５０を
設けた点である。累積運転時間計４１(Time Counter)を
設けた点および原燃料ガス流量の供給制御は、図１と同
様である。
示す。図２の系統図が図１に記載された系統図と異なる
点は、図２の系統においては、燃料電池発電装置の運転
中に前記改質器出口の改質ガスのガス組成をガス組成測
定器５１により測定し、これを分析して得られた運転情
報に基づき、この運転情報に基づく相関補正回路５２に
より前記運転時間（Time）と改質器温度(TRF)との相関
を補正し、この補正された相関に基づき、前記改質器設
定温度を補正する改質器温度設定値補正演算回路５０を
設けた点である。累積運転時間計４１(Time Counter)を
設けた点および原燃料ガス流量の供給制御は、図１と同
様である。
【００３５】図２においては、運転中任意に分析して得
られた改質器出口の改質ガス組成データを制御内に取り
込み、あらかじめ設定されている累積運転時間と改質器
温度との関係式を自動的に補正するので、図１の制御に
比較して、実運転に則した適正な補正制御が可能とな
る。
られた改質器出口の改質ガス組成データを制御内に取り
込み、あらかじめ設定されている累積運転時間と改質器
温度との関係式を自動的に補正するので、図１の制御に
比較して、実運転に則した適正な補正制御が可能とな
る。
【００３６】
【発明の効果】上記のとおりこの発明によれば、都市ガ
ス，天然ガス，メタンガス等の原燃料ガスやメタノー
ル，エタノール，ガソリン等の液状の炭化水素と水とを
混合してなる液体燃料を気化した原燃料ガスを改質触媒
層に通流して，水蒸気改質反応により水素リッチな改質
ガスにして，この改質ガスを燃料電池に供給するための
改質器と、燃料電池から排出される排水素を空気と共に
燃焼させる排水素燃焼器とを有し、前記改質器における
改質器温度測定値が、あらかじめ設定した改質器設定温
度となるように前記原燃料ガスの流量を制御する燃料電
池発電装置の運転方法において、燃料電池発電装置の運
転中、前記改質器における改質率が略一定となるよう
に、前記改質器設定温度を補正することとしたので、常
に改質器における改質反応で生じる吸熱量を必要最小限
に抑えることができ、改質器に供給すべき原燃料ガス流
量の低減と発電効率の向上を図ることができる。
ス，天然ガス，メタンガス等の原燃料ガスやメタノー
ル，エタノール，ガソリン等の液状の炭化水素と水とを
混合してなる液体燃料を気化した原燃料ガスを改質触媒
層に通流して，水蒸気改質反応により水素リッチな改質
ガスにして，この改質ガスを燃料電池に供給するための
改質器と、燃料電池から排出される排水素を空気と共に
燃焼させる排水素燃焼器とを有し、前記改質器における
改質器温度測定値が、あらかじめ設定した改質器設定温
度となるように前記原燃料ガスの流量を制御する燃料電
池発電装置の運転方法において、燃料電池発電装置の運
転中、前記改質器における改質率が略一定となるよう
に、前記改質器設定温度を補正することとしたので、常
に改質器における改質反応で生じる吸熱量を必要最小限
に抑えることができ、改質器に供給すべき原燃料ガス流
量の低減と発電効率の向上を図ることができる。
【図１】この発明の燃料電池発電装置の運転方法の一例
を示す図
を示す図
【図２】この発明の燃料電池発電装置の異なる運転方法
の一例を示す図
の一例を示す図
【図３】従来の燃料電池発電装置の運転方法を示す図
【図４】従来の燃料電池発電装置のシステム系統の一例
を示す図
を示す図
７：改質器、１０：燃料電池、１７：バーナ、１８：原
燃料ガス流量調節弁、１９：流量計、２０：改質器温度
測定器、２１：電流計、２２：必要原燃料ガス流量演算
回路、２３，２４：ＰＩＤ制御器、４０，５０：改質器
温度設定値補正演算回路、４１：累積運転時間計、５
１：ガス組成測定器、５２：運転情報に基づく相関補正
回路。
燃料ガス流量調節弁、１９：流量計、２０：改質器温度
測定器、２１：電流計、２２：必要原燃料ガス流量演算
回路、２３，２４：ＰＩＤ制御器、４０，５０：改質器
温度設定値補正演算回路、４１：累積運転時間計、５
１：ガス組成測定器、５２：運転情報に基づく相関補正
回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA01 KK28 KK31 KK42 MM13
Claims (4)
- 【請求項１】 都市ガス，天然ガス，メタンガス等の原
燃料ガスやメタノール，エタノール，ガソリン等の液状
の炭化水素と水とを混合してなる液体燃料を気化した原
燃料ガスを改質触媒層に通流して，水蒸気改質反応によ
り水素リッチな改質ガスにして，この改質ガスを燃料電
池に供給するための改質器と、燃料電池から排出される
排水素を空気と共に燃焼させる排水素燃焼器とを有し、
前記改質器における改質器温度測定値が、あらかじめ設
定した改質器設定温度となるように前記原燃料ガスの流
量を制御する燃料電池発電装置の運転方法において、燃
料電池発電装置の運転中、前記改質器における改質率が
略一定となるように、前記改質器設定温度を補正するこ
とを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の運転方法において、前
記改質率を略一定とするための，触媒活性を考慮した所
期の改質器設定温度と、燃料電池発電装置の累積運転時
間とのあらかじめ求めた相関に基づき、前記改質器設定
温度を補正することを特徴とする燃料電池発電装置の運
転方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の運転方法において、燃
料電池発電装置の運転中に前記改質器出口の改質ガスの
ガス組成を分析して得られた運転情報に基づき前記相関
を補正し、この補正された相関に基づき、前記改質器設
定温度を補正することを特徴とする燃料電池発電装置の
運転方法。 - 【請求項４】 請求項１または３のいずれかに記載の運
転方法において、前記燃料電池における水素利用率が所
定の上限値を超えない範囲で所定の上限値近傍となるよ
うに、前記改質率を定めることを特徴とする燃料電池発
電装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30513799A JP3758070B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 燃料電池発電装置の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30513799A JP3758070B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 燃料電池発電装置の運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001126748A true JP2001126748A (ja) | 2001-05-11 |
| JP3758070B2 JP3758070B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=17941541
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30513799A Expired - Fee Related JP3758070B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | 燃料電池発電装置の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3758070B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004055192A (ja) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Mitsubishi Materials Corp | 固体電解質型燃料電池の運転方法及び運転システム |
| US7255946B2 (en) | 2002-09-06 | 2007-08-14 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell power plant system for moving bodies and control method thereof |
| JP2012059614A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 |
| JP2013175354A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池システム及びその制御方法 |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30513799A patent/JP3758070B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004055192A (ja) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Mitsubishi Materials Corp | 固体電解質型燃料電池の運転方法及び運転システム |
| JP4678115B2 (ja) * | 2002-07-17 | 2011-04-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体電解質型燃料電池の運転方法及び運転システム |
| US7255946B2 (en) | 2002-09-06 | 2007-08-14 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell power plant system for moving bodies and control method thereof |
| JP2012059614A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 |
| JP2013175354A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池システム及びその制御方法 |
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|---|---|
| JP3758070B2 (ja) | 2006-03-22 |
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