JP2010062032A - 燃料電池発電システムおよび燃料電池の出力制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池1と、燃料電池1の出力電圧を検出する電圧検出器31と、燃料電池1の出力電圧と電流変化率とを関連付ける関連情報から、該電圧検出器31により検出された該出力電圧に対応する電流変化率を取得し、取得した該電流変化率に基づいて電流指令値を設定する制御装置35とを備え、該電流指令値に基づいて燃料電池1の出力を制御する燃料電池発電システムを提供する。
【選択図】図2
Description
従来、この作業は、熟練した作業員が温度、電圧、電流を監視しながら、それぞれの制限範囲を超えないように、電圧、電流を手動で制御していた。
本発明は、燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とを関連付ける関連情報から、該電圧検出手段により検出された該出力電圧に対応する電流変化率を取得し、取得した該電流変化率に基づいて電流指令値を設定する制御手段とを備え、該電流指令値に基づいて前記燃料電池の出力を制御する燃料電池発電システムを提供する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示す図である。図1に示すように、燃料電池発電システムは、燃料電池1、改質器2、空気予熱器3、燃焼器4、再循環ブロワ5、および予熱ヒータ6を備えて構成されている。
空気予熱器3は、改質器2を流通した高温の空気が供給されるように構成されている。空気予熱器3は、改質器2から供給される高温の空気によって、外部から供給される空気(酸化剤ガス)を予熱し、燃料電池1に供給するとともに、予熱に用いた高温の空気を燃焼器4に供給する。
燃焼器4は、燃料排出部22から排出された燃料排ガスが供給されるとともに、空気予熱器3から予熱利用済みの空気が供給されるようになっている。燃焼器4は、燃料電池1の燃料排出部22から排出された燃料排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスと空気予熱器3から供給された高温の空気とを混合し、燃焼させる。
予熱ヒータ6は、燃料電池1内に設置され、電力の供給を受けて熱を発生させるヒータであり、燃料電池1の起動時において、空気と昇温用燃料ガスとが燃料電池1内の燃焼触媒において反応を起こす所定の温度に達するまで、燃料電池1内の燃料電池セルを加熱するものである。
なお、本実施形態では、予熱ヒータ6を燃料電池1内に設置し、電力によって熱を発生する構成としたが、燃料電池1に供給される空気を燃料電池1の外部で種々の方法により加熱する構成としてもよく、また、燃料電池1内の燃料電池セルを加熱できるならば、どのような手段を用いてもよい。また、本実施形態では改質器2を燃料電池1の外部に設置する構成としたが、燃料電池1の内部に改質器2を設置してもよい。
まず、燃料電池1の起動時においては、燃料電池1内において、予熱ヒータ6により燃料電池1内の燃料電池セルを加熱する。そして、燃料電池セルが自己発電可能な温度(例えば600℃)まで加熱されると、燃料ガスが改質器2を介して燃料電池1の燃料供給部21へ供給され、燃料電池1内において燃料電池セルによる発電が開始される。燃料電池セルは、発電するとともに発熱(自己発電発熱)することによって、加熱される。また、自己発電発熱が開始されると、予熱ヒータ6は停止される。
更に、改質器2において燃料ガスの予熱に利用された高温空気は、空気予熱器3に送られ、空気予熱器3において、この高温空気を用いた空気(酸化剤ガス)の加熱が行われる。加熱された空気(酸化剤ガス)は、空気予熱器3から燃料電池1の空気流入部23を経由して燃料電池1内部に流入する。
燃料電池1内に流入した燃料ガスおよび加熱空気は、燃料電池セルに供給され、燃料電池セルにおける発電に用いられる。
系統30に供給される電力、具体的には、燃料電池1から出力される電圧および電流は、それぞれ電圧検出器31、電流検出器32によって検出され、制御装置(制御手段)35に入力される。
以下、制御装置35によって実現される燃料電池1の起動時における出力制御処理について図3を参照して説明する。
なお、電圧と電流変化率とを対応付ける情報は、上記テーブルに限定されることなく、例えば、電圧、電流変化率をパラメータとする演算式等として記憶されていてもよい。
これにより、電力変換装置36を電流指令値に基づいて駆動することで、燃料電池1の出力電流及び出力電圧が制御され、実負荷が目標負荷に向けて上昇することとなる。
制御装置35は、上記ステップSA2からSA5の処理を繰り返し行い、ステップSA3において、実負荷が目標負荷に達したと判断すると(ステップSA3において「YES」)、上記起動時における出力制御処理を終了する。
2 改質器
3 空気予熱器
4 燃焼器
5 再循環ブロワ
6 予熱ヒータ
21 燃料流入部
22 燃料排出部
23 空気流入部
24 空気排出部
30 電気負荷
31 電圧検出器
32 電流検出器
35 制御装置
36 電力変換装置
Claims (5)
- 燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とを関連付ける関連情報から、該電圧検出手段により検出された該出力電圧に対応する電流変化率を取得し、取得した該電流変化率に基づいて電流指令値を設定する制御手段と
を備え、
該電流指令値に基づいて前記燃料電池の出力を制御する燃料電池発電システム。 - 前記関連情報は、前記燃料電池の温度特性に基づいて設定されている請求項1に記載の燃料電池発電システム。
- 前記関連情報は、前記燃料電池の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、前記電流変化率を減少させるように設定されている請求項1または請求項2に記載の燃料電池発電システム。
- 前記燃料電池が固体酸化物型燃料電池である請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
- 燃料電池の出力電圧を検出し、
前記燃料電池の出力電圧と電流変化率とを関連付ける関連情報から、該燃料電池の出力電圧に対応する電流変化率を取得し、取得した該電流変化率に基づいて電流指令値を設定し、
該電流指令値に基づいて前記燃料電池の出力を制御する燃料電池の出力制御方法。
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