JP2016189267A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池11と、改質器12と、改質水供給部15と、燃料ガス供給部14と、S/Cを調整するS/C調整部15Bと、カソードガス温度調整部22を有するカソードガス供給部21と、燃料電池11の温度Tcを測定する温度センサ18と、を備え、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部50は、カソードガスA1の温度を第1温度Ts1に調整するようにカソードガス温度調整部22を制御するとともに、燃料電池11の温度Tcに基づいてS/Cを調整するようにS/C調整部15Bを制御し、改質器12は燃料電池11を冷却し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、カソードガスA1の温度を第2温度Ts2に調整するようにカソードガス温度調整部22を制御し、カソードガス供給部21は燃料電池を冷却する。
【選択図】図1
Description
本実施形態においては、例えば、S/Cの値の最適な範囲を、3.0〜3.5の範囲とする。
制御部50は、第1カソードガス供給量調整ポンプ16A及び第2カソードガス供給量調整ポンプ17Aを制御することにより、第3カソードガス供給ラインL43を流通するカソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合R(又は、第3カソードガス供給ラインL43に供給する第1空気A11の量と第2空気A12の量との比)を調整する。また、制御部50は、第1カソードガス供給ラインL41に流通する第1空気A11の量、及び第2カソードガス供給ラインL42に流通する第2空気A12の量も調整することで、カソードガスA1の量も調整し得る。
また、制御部50の第1制御において、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、カソードガス供給部21が供給するカソードガスA1の温度を第1設定温度Ts1よりも低い第2設定温度(第2温度)Ts2に調整するようにカソードガス温度調整部22を制御し、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を冷却する。
また、制御部50の第2制御において、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、カソードガス供給部21が供給するカソードガスA1の温度を第1設定温度Ts1よりも低い第2設定温度(第2温度)Ts2に調整するようにカソードガス温度調整部22を制御し、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を冷却し、パワーコンディショナ31が負荷機器40に供給する定電流を第1電流値I1よりも低い第2電流値I2に下げるように電流調整部34を制御し、パワーコンディショナ31は、電流調整部34により調整された電流値の定電流を負荷機器40に供給することによって燃料電池11の発熱量を少なくする。
また、制御部50の第3制御において、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、パワーコンディショナ31が負荷機器40に供給する定電流を第1電流値I1よりも低い第2電流値I2に下げるように電流調整部34を制御し、パワーコンディショナ31は、電流調整部34により調整された電流値の定電流を負荷機器40に供給することによって燃料電池11の発熱量を少なくする。
図2に示すように、ステップST101において、制御部50は、温度センサ18から出力される燃料電池11の温度Tcを取得する。
制御部50は、カソードガス供給部21が供給するカソードガスA1の温度が第1設定温度Ts1となるように、カソードガスA1の量に占める第2空気A12の量の割合R(以下、第2空気割合Rという。)をR1に決定する。そして、制御部50は、第2空気割合RをR1に設定する制御信号をカソードガス温度調整部22に出力する。
よって、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が第2設定温度Ts2に調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を冷却する。
第1のS/C≦基準割合S/Cである場合、第1のS/Cにおいて改質水W1の水蒸気量Sの割合は、相対的に小さい。よって、第1のS/Cが大きくなれば、燃料電池11の温度Tcは下がる状態である。すなわち、通常冷却の能力に余力がある。よって、第1のS/C≦基準割合S/Cである場合、燃料電池11の冷却は通常冷却で足り、カソードガスA1の温度を冷却器(不図示)により下げてまで燃料電池11の冷却を行う必要はない。
よって、ステップST103の処理は、カソードガスA1の温度を第2設定温度(第2温度)Ts2に下げて冷却を行う必要があるか否かを判断するために行われる。
制御部50の第2制御については、主に、制御部50の第1制御と異なる点について説明する。制御部50の第2制御においては、制御部50の第1制御におけるステップST104及びST105の動作が異なる。図3に示す第2制御におけるステップST201〜ST203の動作は、図2に示す第1制御におけるステップST101〜ST103の動作と同様である。そのため、第2制御におけるステップST201〜ST203の動作の説明は、図2に示す第1制御におけるステップST101〜ST103の動作の説明を援用して、その説明を省略する。
また、制御部50は、パワーコンディショナ31が負荷機器40に供給する定電流を第1電流値I1に調整する制御信号を電流調整部34に出力する。
制御部50の第3制御については、主に、制御部50の第1制御と異なる点について説明する。制御部50の第3制御においては、制御部50の第1制御におけるステップST104及びST105の動作が異なる。図4に示す第3制御におけるステップST301〜ST303の動作は、図2に示す第1制御におけるステップST101〜ST103の動作と同様である。そのため、第3制御におけるステップST301〜ST303の動作の説明は、図2に示す第1制御におけるステップST101〜ST103の動作の説明を援用して、その説明を省略する。
本実施形態の燃料電池システム1においては、アノード及びカソードを有する燃料電池11と、改質器12と、改質水供給部15と、燃料ガス供給部14と、S/Cを調整する改質水量調整ポンプ15Bと、カソードガス温度調整部22を有するカソードガス供給部21と、燃料電池11の温度Tcを測定する温度センサ18と、制御部50と、を備える。そして、通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、制御部50は、カソードガスA1の温度を第1設定温度(第1温度)Ts1に調整するようにカソードガス温度調整部22を制御するとともに、燃料電池11の温度Tcに基づいてS/Cを調整するように改質水量調整ポンプ15Bを制御し、改質器12はS/Cが調整されたアノードガスG2によって燃料電池11を冷却し、通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、制御部50は、カソードガスA1の温度を第1設定温度Ts1よりも低い第2設定温度(第2温度)Ts2に調整するようにカソードガス温度調整部22を制御し、カソードガス供給部21は、カソードガス温度調整部22により温度が調整されたカソードガスA1によって燃料電池11を冷却する。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、燃料電池11を効果的に冷却することが可能である。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、カソードガスA1の温度を適切に調整することが可能である。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、燃料電池11を効果的に冷却することが可能である。
そのため、本実施形態の燃料電池システム1によれば、燃料電池11を効果的に冷却することが可能である。
11 燃料電池
12 改質器
14 燃料ガス供給部
15 改質水供給部
15B 改質水量調整ポンプ(S/C調整部)
16 第1カソードガス供給部
17 第2カソードガス供給部
18 温度センサ
21 カソードガス供給部
22 カソードガス温度調整部
31 パワーコンディショナ
32 DC/DCコンバータ(コンバータ部)
33 系統連系インバータ(インバータ部)
34 電流調整部
40 負荷機器
50 制御部
G1 燃料ガス
G2 アノードガス(改質ガス)
A1 カソードガス
A11 第1空気(第1カソードガス)
A12 第2空気(第2カソードガス)
W1 改質水
Claims (6)
- アノード及びカソードを有する燃料電池と、
燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、
改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、
前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Cに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Sのモル比によって定められるS/Cを調整するS/C調整部と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記S/C調整部及び前記カソードガス温度調整部を制御する制御部と、
を備え、
通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を第1温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてS/Cを調整するように前記S/C調整部を制御し、前記改質器は、S/Cが調整されたアノードガスよって前記燃料電池を冷却し、
前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を前記第1温度よりも低い第2温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を冷却する
燃料電池システム。 - アノード及びカソードを有する燃料電池と、
燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、
改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、
前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Cに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Sのモル比によって定められるS/Cを調整するS/C調整部と、
前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、負荷機器に供給する定電流を調整可能な電流調整部と、を有し、前記負荷機器に定電流を供給するように制御するパワーコンディショナであって、前記電流調整部により前記負荷機器に供給する定電流を調整して前記燃料電池の発熱量を調整するパワーコンディショナと、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給部であって、カソードガスの温度を調整するカソードガス温度調整部を有し、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスを前記燃料電池に供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記S/C調整部、前記電流調整部及び前記カソードガス温度調整部を制御する制御部と、
を備え、
通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を第1温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し且つ前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を第1電流値に調整するように前記電流調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてS/Cを調整するように前記S/C調整部を制御し、前記改質器は、S/Cが調整されたアノードガスによって前記燃料電池を冷却し、
前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記カソードガス供給部が供給するカソードガスの温度を前記第1温度よりも低い第2温度に調整するように前記カソードガス温度調整部を制御し、前記カソードガス供給部は、前記カソードガス温度調整部により温度が調整されたカソードガスによって前記燃料電池を冷却し、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を前記第1電流値よりも低い第2電流値に下げるように前記電流調整部を制御し、前記パワーコンディショナは、前記電流調整部により調整された電流値の定電流を前記負荷機器に供給することによって前記燃料電池の発熱量を少なくする
燃料電池システム。 - アノード及びカソードを有する燃料電池と、
燃料ガスと改質水とを反応させてアノードガスを生成し、前記燃料電池にアノードガスを供給する改質器と、
改質水を前記改質器に供給する改質水供給部と、
燃料ガスを前記改質器に供給する燃料ガス供給部と、
前記改質器に供給される燃料ガスのカーボン量Cに対する前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Sのモル比によって定められるS/Cを調整するS/C調整部と、
前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、負荷機器に供給する定電流を調整可能な電流調整部と、を有し、前記負荷機器に定電流を供給するように制御するパワーコンディショナであって、前記電流調整部により前記負荷機器に供給する定電流を調整して前記燃料電池の発熱量を調整するパワーコンディショナと、
前記燃料電池の温度を測定する温度センサと、
前記S/C調整部及び前記電流調整部を制御する制御部と、
を備え、
通常冷却制御可能条件が満たされる場合に、前記制御部は、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を第1電流値に調整するように前記電流調整部を制御するとともに、前記温度センサにより測定される前記燃料電池の温度に基づいてS/Cを調整するように前記S/C調整部を制御し、前記改質器は、S/Cが調整されたアノードガスによって前記燃料電池を冷却し、
前記通常冷却制御可能条件が満たされない場合に、前記制御部は、前記パワーコンディショナが前記負荷機器に供給する定電流を前記第1電流値よりも低い第2電流値に下げるように前記電流調整部を制御し、前記パワーコンディショナは、前記電流調整部により調整された電流値の定電流を前記負荷機器に供給することによって前記燃料電池の発熱量を少なくする
燃料電池システム。 - 前記S/C調整部は、前記改質水供給部により前記改質器に供給される改質水の水蒸気量Sを調整することによって、S/Cを調整する
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記通常冷却制御可能条件は、S/Cが基準割合以下の割合であるという条件である
請求項4に記載の燃料電池システム。 - 前記カソードガス供給部は、第1供給温度を有する第1カソードガスを前記燃料電池に供給する第1カソードガス供給部と、前記第1供給温度よりも低い温度である第2供給温度を有する第2カソードガスを前記燃料電池に供給する第2カソードガス供給部と、を有し、第1カソードガス及び第2カソードガスの一方又は両方をカソードガスとして供給し、
前記カソードガス温度調整部は、カソードガスの量に占める第2カソードガスの量の割合を調整することによって、カソードガスの温度を調整する
請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
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JP2006344488A (ja) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Osaka Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池システム |
JP2012069493A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 流体供給装置、この流体供給装置を備えた燃料電池システム、および流体供給方法 |
JP2013016356A (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Toto Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
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