JP2018181455A - 固体酸化物形燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
発電効率=係数×セルスタック電圧×燃料利用率×補機効率×インバータ効率
で表される。ここで係数とは、燃料ガスの価電子数や熱量によって決定される係数であり、補機効率とは、セルスタックから出力された直流電力と、この直流電力により作動される各種ブロア、ポンプなど燃料電池システム内部を駆動するために補機にて消費される直流損失分を差し引いた後の正味直流出力との比であり、またインバータ効率とは、正味直流出力から交流出力に変換する際の変換効率である。
前記コントローラは、前記セルスタックでの発電で消費される燃料ガスの利用率を設定するための燃料利用率設定手段と、前記セルスタックでの発電で消費される酸化材ガスの利用率を設定するための酸化材利用率設定手段と、前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定するための流量誤差判定手段とを含み、
前記セルスタックの定格発電状態において、前記コントローラは、燃料利用率及び酸化材利用率を優先した利用率値優先運転を行い、前記利用率値優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材利用率設定手段は第1酸化材利用率を設定し、その後、前記コントローラは、燃料利用率を上昇させた利用率上昇運転を行い、前記利用率上昇運転においては、前記酸化材利用率設定手段は前記第1酸化材利用率を維持するとともに、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率よりも高い第2燃料利用率を設定し、前記温度検知手段は、前記利用率値優先運転における前記セルスタックの第1温度状態と前記利用率上昇運転における前記セルスタックの第2温度状態を検知し、前記流量誤差判定手段は、前記セルスタックの前記第1温度状態における第1検知温度及び前記第2温度状態における第2検知温度に基づいて前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定することを特徴とする。
前記コントローラは、前記セルスタックでの発電で消費される燃料ガスの利用率を設定するための燃料利用率設定手段と、前記セルスタックでの発電で消費される酸化材ガスの利用率を設定するための酸化材利用率設定手段と、前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定するための流量誤差判定手段とを含み、
前記セルスタックの定格発電状態において、前記コントローラは、燃料利用率及び酸化材利用率を優先した利用率値優先運転を行い、前記利用率値優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材利用率設定手段は第1酸化材利用率を設定し、その後、前記コントローラは、前記温度検知手段の検知温度が目標温度となるように温度優先運転を行い、前記温度優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率よりも高い第2燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材ガス供給手段は、前記温度検知手段の検知温度が前記目標温度となるように制御され、その後、前記流量誤差判定手段は、前記温度優先運転における第2酸化材利用率に基づいて前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定することを特徴とする。
前記コントローラは、前記セルスタックでの発電で消費される燃料ガスの利用率を設定するための燃料利用率設定手段と、前記セルスタックでの発電で消費される酸化材ガスの利用率を設定するための酸化材利用率設定手段と、前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定するための流量誤差判定手段とを含み、
前記セルスタックの定格発電状態において、前記コントローラは、燃料利用率及び酸化材利用率を優先した利用率値優先運転を行い、前記利用率値優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材利用率設定手段は第1酸化材利用率を設定し、その後、前記コントローラは、前記温度検知手段の検知温度が目標温度となるように第1温度優先運転を行い、前記第1温度優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材ガス供給手段は、前記温度検知手段の検知温度が前記目標温度となるように制御され、更にその後、前記コントローラは第2温度優先運転を行い、前記第2温度優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率よりも高い第2燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材ガス供給手段は、前記温度検知手段の検知温度が前記目標温度となるように制御され、前記流量誤差判定手段は、前記第1温度優先運転における第2酸化材利用率及び前記第2温度優先運転における第3酸化材利用率に基づいて前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定することを特徴とする。
上昇利用率=α×比較温度差(ΔTS)
を用いて演算することができる。ここで、αは係数であって、この係数αは、実験的に導き出される値である。このように上昇利用率を演算し、第2燃料利用率にこの上昇利用率を加算して第3燃料利用率を算出することによって、燃料ガス流量計測手段54の測定誤差の程度を考慮して上昇すべき燃料利用率、即ち第3燃料利用率を設定することができる。
上昇利用率=α×比較空気利用率差
を用いて演算することができる。ここで、αは係数であって、この係数αは、実験的に導き出される値である。
上昇利用率=α×比較空気利用率差
を用いて演算することができる。ここで、αは係数であって、この係数αは、実験的に導き出される値である。
6 セルスタック
16 燃料ガスブロア
17 燃料ガス流量計測手段
26 空気ブロア(酸化材ガスブロア)
27 空気流量計測手段(酸化材ガス流量計測手段)
52,52A,52B コントローラ
62 温度差演算手段
64 燃料利用率設定手段
66 空気利用率設定手段(酸化材利用率設定手段)
68,68A,68B 流量誤差判定手段
76 空気利用率演算手段
84 空気利用率差演算手段(酸化材利用率差演算手段)
Claims (9)
- 燃料ガス及び酸化材ガスを反応させて発電を行う固体酸化物形の燃料電池セルを積層したセルスタックと、酸化材ガスを前記セルスタックの酸素極側に送給するための酸化材ガス供給手段と、燃料ガスを前記セルスタックの燃料極側に供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段から前記セルスタックの前記燃料極側に供給される燃料ガスの流量を計測するための燃料ガス流量計測手段と、前記セルスタックの温度を検知するための温度検知手段と、前記燃料ガス供給手段及び前記酸化材ガス供給手段を作動制御するためのコントローラと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記セルスタックでの発電で消費される燃料ガスの利用率を設定するための燃料利用率設定手段と、前記セルスタックでの発電で消費される酸化材ガスの利用率を設定するための酸化材利用率設定手段と、前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定するための流量誤差判定手段とを含み、
前記セルスタックの定格発電状態において、前記コントローラは、燃料利用率及び酸化材利用率を優先した利用率値優先運転を行い、前記利用率値優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材利用率設定手段は第1酸化材利用率を設定し、その後、前記コントローラは、燃料利用率を上昇させた利用率上昇運転を行い、前記利用率上昇運転においては、前記酸化材利用率設定手段は前記第1酸化材利用率を維持するとともに、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率よりも高い第2燃料利用率を設定し、前記温度検知手段は、前記利用率値優先運転における前記セルスタックの第1温度状態と前記利用率上昇運転における前記セルスタックの第2温度状態を検知し、前記流量誤差判定手段は、前記セルスタックの前記第1温度状態における第1検知温度及び前記第2温度状態における第2検知温度に基づいて前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記流量誤差判定手段は、前記温度検知手段の前記第1検知温度及び前記第2検知温度の演算温度差と基準温度差とを比較し、前記演算温度差が前記基準温度差よりも小さいときに前記燃料ガス流量計測手段にプラス側誤差ありの判定を行い、前記燃料利用率設定手段は、前記第2燃料利用率よりも高い第3燃料利用率を設定することを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記コントローラは、前記流量誤差判定手段が前記燃料ガス流量計測手段にプラス側誤差ありとの判定したときに前記第2燃料利用率から更に上昇させる上昇利用率を演算するための上昇利用率演算手段を含み、前記上昇利用率演算手段は、前記演算温度差と前記基準温度差との比較温度差に基づいて前記上昇利用率を演算し、前記燃料利用率設定手段は、前記第2燃料利用率に前記上昇利用率を加算した前記第3燃料利用率を設定することを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 燃料ガス及び酸化材ガスを反応させて発電を行う固体酸化物形の燃料電池セルを積層したセルスタックと、酸化材ガスを前記セルスタックの酸素極側に送給するための酸化材ガス供給手段と、燃料ガスを前記セルスタックの燃料極側に供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段から前記セルスタックの前記燃料極側に供給される燃料ガスの流量を計測するための燃料ガス流量計測手段と、前記酸化材ガス供給手段から前記セルスタックの前記酸素極側に供給される酸化材ガスの流量を計測するための酸化材ガス流量計測手段と、前記セルスタックの温度を検知するための温度検知手段と、前記燃料ガス供給手段及び前記酸化材ガス供給手段を作動制御するためのコントローラと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記セルスタックでの発電で消費される燃料ガスの利用率を設定するための燃料利用率設定手段と、前記セルスタックでの発電で消費される酸化材ガスの利用率を設定するための酸化材利用率設定手段と、前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定するための流量誤差判定手段とを含み、
前記セルスタックの定格発電状態において、前記コントローラは、燃料利用率及び酸化材利用率を優先した利用率値優先運転を行い、前記利用率値優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材利用率設定手段は第1酸化材利用率を設定し、その後、前記コントローラは、前記温度検知手段の検知温度が目標温度となるように温度優先運転を行い、前記温度優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率よりも高い第2燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材ガス供給手段は、前記温度検知手段の検知温度が前記目標温度となるように制御され、その後、前記流量誤差判定手段は、前記温度優先運転における第2酸化材利用率に基づいて前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記コントローラは、酸化材利用率を演算するための酸化材利用率演算手段を含み、前記酸化材利用率演算手段は、前記温度優先運転における酸化材ガスの供給流量に基づいて前記第2酸化材利用率を演算し、前記流量誤差判定手段は、前記温度優先運転における前記第2酸化材利用率と基準酸化材利用率とを比較し、前記第2酸化材利用率が前記基準酸化材利用率よりも小さいときに前記燃料ガス流量計測手段にプラス側誤差ありの判定を行い、前記燃料利用率設定手段は、前記第2燃料利用率よりも高い第3燃料利用率を設定することを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記コントローラは、前記流量誤差判定手段がプラス側誤差ありとの判定したときに前記第2燃料利用率から更に上昇させる上昇利用率を演算するための上昇利用率演算手段を含み、前記上昇利用率演算手段は、前記第2酸化材利用率と前記基準酸化材利用率との比較酸化材利用率差に基づき前記上昇利用率を演算し、前記燃料利用率設定手段は、前記第2燃料利用率に前記上昇利用率を加算した前記第3燃料利用率に設定することを特徴とする請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 燃料ガス及び酸化材ガスを反応させて発電を行う固体酸化物形の燃料電池セルを積層したセルスタックと、酸化材ガスを前記セルスタックの酸素極側に送給するための酸化材ガス供給手段と、燃料ガスを前記セルスタックの燃料極側に供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段から前記セルスタックの前記燃料極側に供給される燃料ガスの流量を計測するための燃料ガス流量計測手段と、前記酸化材ガス供給手段から前記セルスタックの前記酸素極側に供給される酸化材ガスの流量を計測するための酸化材ガス流量計測手段と、前記セルスタックの温度を検知するための温度検知手段と、前記燃料ガス供給手段及び前記酸化材ガス供給手段を作動制御するためのコントローラと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記セルスタックでの発電で消費される燃料ガスの利用率を設定するための燃料利用率設定手段と、前記セルスタックでの発電で消費される酸化材ガスの利用率を設定するための酸化材利用率設定手段と、前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定するための流量誤差判定手段とを含み、
前記セルスタックの定格発電状態において、前記コントローラは、燃料利用率及び酸化材利用率を優先した利用率値優先運転を行い、前記利用率値優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材利用率設定手段は第1酸化材利用率を設定し、その後、前記コントローラは、前記温度検知手段の検知温度が目標温度となるように第1温度優先運転を行い、前記第1温度優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材ガス供給手段は、前記温度検知手段の検知温度が前記目標温度となるように制御され、更にその後、前記コントローラは第2温度優先運転を行い、前記第2温度優先運転においては、前記燃料利用率設定手段は前記第1燃料利用率よりも高い第2燃料利用率を設定するとともに、前記酸化材ガス供給手段は、前記温度検知手段の検知温度が前記目標温度となるように制御され、前記流量誤差判定手段は、前記第1温度優先運転における第2酸化材利用率及び前記第2温度優先運転における第3酸化材利用率に基づいて前記燃料ガス流量計測手段の検知誤差の有無を判定することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記コントローラは、酸化材利用率を演算するための酸化材利用率演算手段を含み、前記酸化材利用率演算手段は、前記第1温度優先運転における酸化材ガスの供給流量に基づいて前記第2酸化材利用率を演算するとともに、前記第2温度優先運転における酸化材ガスの供給流量に基づいて前記第3酸化材利用率を演算し、前記流量誤差判定手段は、前記第2酸化材利用率及び前記第3酸化材利用率の演算酸化材利用率差と基準酸化材利用率差とを比較し、前記演算酸化材利用率差が前記基準酸化材利用率差よりも小さいときに前記燃料ガス流量計測手段にプラス側誤差ありの判定を行い、前記燃料利用率設定手段は、前記第2燃料利用率よりも高い第3燃料利用率を設定することを特徴とする請求項7に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記コントローラは、前記流量誤差判定手段が前記燃料ガス流量計測手段にプラス側誤差ありとの判定したときに前記第2燃料利用率から更に上昇させる上昇利用率を演算するための上昇利用率演算手段を含み、前記上昇利用率演算手段は、前記演算酸化材利用率差と前記基準酸化材利用率差との比較酸化材利用率差に基づいて前記上昇利用率を演算し、前記燃料利用率設定手段は、前記第2燃料利用率に前記上昇利用率を加算した前記第3燃料利用率を設定することを特徴とする請求項8に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
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