JPH02148571A - 燃料電池発電プラントの制御装置 - Google Patents
燃料電池発電プラントの制御装置Info
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- JPH02148571A JPH02148571A JP63299744A JP29974488A JPH02148571A JP H02148571 A JPH02148571 A JP H02148571A JP 63299744 A JP63299744 A JP 63299744A JP 29974488 A JP29974488 A JP 29974488A JP H02148571 A JPH02148571 A JP H02148571A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、燃料電池発電プラントの制御ｌｌ装首に関す
る。
る。
（従来の技術）
リン酸電解質燃料電池の如き燃料電池発電プラントにお
いては、負荷の増加に比例して電池本体に供給する燃料
ガス流量（以−トアノード流用と称する）と電池本体に
供給する空気流間（以下カソード流用と称する）を増加
させるので、改貿器の温度は改質率を一定に保つために
負荷に比例して高くしなければならない。また、電池本
体からの排ガスの吊が増加するのでこれを燃焼させるた
めの改質器に供給するフレッシュ空気流ｍも増加させる
必要がある。
いては、負荷の増加に比例して電池本体に供給する燃料
ガス流量（以−トアノード流用と称する）と電池本体に
供給する空気流間（以下カソード流用と称する）を増加
させるので、改貿器の温度は改質率を一定に保つために
負荷に比例して高くしなければならない。また、電池本
体からの排ガスの吊が増加するのでこれを燃焼させるた
めの改質器に供給するフレッシュ空気流ｍも増加させる
必要がある。
そこで、従来の制御方式では、第５図に示１ように、ア
ノード７１１聞目標値及びカソード流量目標値並び（フ
レッシュ空気流Φ目標値をそれぞれ算出する手段１．２
．３に各制御部４．５．６を接続すると共に、改質器の
温度を制御するためアノード流値制御部４の入力部に加
算器７を設（ブ、この加律器７に改質器温度制御部８の
温度制御信号を加えるようにしている。
ノード７１１聞目標値及びカソード流量目標値並び（フ
レッシュ空気流Φ目標値をそれぞれ算出する手段１．２
．３に各制御部４．５．６を接続すると共に、改質器の
温度を制御するためアノード流値制御部４の入力部に加
算器７を設（ブ、この加律器７に改質器温度制御部８の
温度制御信号を加えるようにしている。
アノード流ω目標値は、負荷信号（ここでは、口荷電流
信＠ｉ）の関数〈例えば、各負荷帯における平衡状態の
データから求める）演算結果と改質器温度制御部からの
燃料ガス流愚修正但を加算して算出され、アノード流儀
制御部に与えられる。
信＠ｉ）の関数〈例えば、各負荷帯における平衡状態の
データから求める）演算結果と改質器温度制御部からの
燃料ガス流愚修正但を加算して算出され、アノード流儀
制御部に与えられる。
リソード流用目標値は負荷電流ｉの関数演算結果として
算出され、カソード流街制御部に与えられる。フレッシ
ュ空気流母目標値は、負荷電流の関数演算結果として算
出され、フレッシコ空気流ＩＢ制御部に与えられる。各
制御部４．５．６では、例えばＰＩ制御演算により制ｙ
Ｊする。
算出され、カソード流街制御部に与えられる。フレッシ
ュ空気流母目標値は、負荷電流の関数演算結果として算
出され、フレッシコ空気流ＩＢ制御部に与えられる。各
制御部４．５．６では、例えばＰＩ制御演算により制ｙ
Ｊする。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記の如き従来例の制御方式に４３いて
は、負荷平衡時及び下降時に対しては良好に制御できる
が、負荷上昇時には、必ずしも良好に制６Ｉ！ひきなか
った。すなわち、負荷上界させる場合、温度の応答が遅
いのど同１１）に、改質器に流入する原燃料が増加する
ので、第６図に示ケように、改質器の温度が目標値に到
）１！するのが相当遅れる。このため、改質率が悪くな
り、メタンスリップ率が」上昇する。
は、負荷平衡時及び下降時に対しては良好に制御できる
が、負荷上昇時には、必ずしも良好に制６Ｉ！ひきなか
った。すなわち、負荷上界させる場合、温度の応答が遅
いのど同１１）に、改質器に流入する原燃料が増加する
ので、第６図に示ケように、改質器の温度が目標値に到
）１！するのが相当遅れる。このため、改質率が悪くな
り、メタンスリップ率が」上昇する。
改質器温度のエネルギーは排ガスを燃焼させＣ得ている
が、メタンスリップ率が上昇すると排気ガス中の水素の
割合が減少し、天然ガスの割合が増加する。このとき、
次式からもわかるように、天然ガスの酸素消ｆＲ閂は水
素の４倍であるので、第７図に示すように改質器燃焼室
において酸素不足が生じ、不完全燃焼が生じてしまう場
合もあった。
が、メタンスリップ率が上昇すると排気ガス中の水素の
割合が減少し、天然ガスの割合が増加する。このとき、
次式からもわかるように、天然ガスの酸素消ｆＲ閂は水
素の４倍であるので、第７図に示すように改質器燃焼室
において酸素不足が生じ、不完全燃焼が生じてしまう場
合もあった。
ＯＨ４＋ ２ ０２ → ２ Ｈ２０・ト ＣＯ２Ｈ
２＋＜１／２）０２→Ｈ２０ そこで、本発明は、負荷上背時におい（も良好に改′１
１器温度を制御ぐぎ、改質器燃焼室の不完全燃焼あるい
は酸素不足を防ぐことができる制御装置を提供すること
を目的とする。
２＋＜１／２）０２→Ｈ２０ そこで、本発明は、負荷上背時におい（も良好に改′１
１器温度を制御ぐぎ、改質器燃焼室の不完全燃焼あるい
は酸素不足を防ぐことができる制御装置を提供すること
を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
上記課題を解決する本発明の燃料電池発電プラントのシ
１ｌｔ１１装置ｔよ、第１図にその概要を示すように、
原燃料を水素リップガスに変換する改質器９と、該改質
ａ９と接続される燃料ガス制御片１０と、部片１０から
送られてくる水素リッチガス及び空気制御弁１１を介し
て送られてくる空気を入ノｊし電力を発生する電池本体
１２と、フレッシュ空気制御弁１３を介しフレッシュ空
気供給装置１／１より送られてくるフレッシュ空気と前
記電池本体１２から排空気供給管１５を介して出される
排空気と前記゛電池本体１２よりυ１出される排ガスと
を混合燃焼し前記改質器９を加熱するバーナ１６とを備
えた発電プラン１−の制御装置において、前記燃料ガス
流開制御弁１０及び空気制御弁１１並びにフレッシュ空
気制御弁１３をそれぞれ制御する燃料ガス流量制御手段
１７及び望気流邑制御手段１８並びにフレッシュ空気流
は制御手段１つと、前記燃料ガス流量制御手段１７の流
量目標１ｉ１１１を修正することにより前記改質器温度
を制御する改質器温度制御手段２０と、負荷信号と前記
改質器温度制御手段２０の修正値から燃料ガス流量の目
標値を算出する燃料ガス流量目標値９９出手段２１ど、
前記負荷信号からそれぞれ空気流Ｒ目標値及びフレッシ
ュ空気流量目標値を算出Ｊる空気流ａｔ目標値算出手段
２２及びフレッシュ空気流開目標値算出手段２３を備え
、各目標値９ｇ出手段２１゜２２．２３は負荷上昇時に
Ｊ３ける負荷信号の動的補償を演算する８！！索を有す
ることを特徴とする。
１ｌｔ１１装置ｔよ、第１図にその概要を示すように、
原燃料を水素リップガスに変換する改質器９と、該改質
ａ９と接続される燃料ガス制御片１０と、部片１０から
送られてくる水素リッチガス及び空気制御弁１１を介し
て送られてくる空気を入ノｊし電力を発生する電池本体
１２と、フレッシュ空気制御弁１３を介しフレッシュ空
気供給装置１／１より送られてくるフレッシュ空気と前
記電池本体１２から排空気供給管１５を介して出される
排空気と前記゛電池本体１２よりυ１出される排ガスと
を混合燃焼し前記改質器９を加熱するバーナ１６とを備
えた発電プラン１−の制御装置において、前記燃料ガス
流開制御弁１０及び空気制御弁１１並びにフレッシュ空
気制御弁１３をそれぞれ制御する燃料ガス流量制御手段
１７及び望気流邑制御手段１８並びにフレッシュ空気流
は制御手段１つと、前記燃料ガス流量制御手段１７の流
量目標１ｉ１１１を修正することにより前記改質器温度
を制御する改質器温度制御手段２０と、負荷信号と前記
改質器温度制御手段２０の修正値から燃料ガス流量の目
標値を算出する燃料ガス流量目標値９９出手段２１ど、
前記負荷信号からそれぞれ空気流Ｒ目標値及びフレッシ
ュ空気流量目標値を算出Ｊる空気流ａｔ目標値算出手段
２２及びフレッシュ空気流開目標値算出手段２３を備え
、各目標値９ｇ出手段２１゜２２．２３は負荷上昇時に
Ｊ３ける負荷信号の動的補償を演算する８！！索を有す
ることを特徴とする。
（作用）
本発明では、負荷上昇時に、従来のｆ３荷イ５号からの
関数による目標値に負荷信号の不完全微分などの動的補
償要素を加えて、アノード流量目標値、カソード流ｍ目
標値、フレッシュ空気流邑目標値を算出するので改質器
の温度を目標値温度まで速く上背させることができる。
関数による目標値に負荷信号の不完全微分などの動的補
償要素を加えて、アノード流量目標値、カソード流ｍ目
標値、フレッシュ空気流邑目標値を算出するので改質器
の温度を目標値温度まで速く上背させることができる。
これにより、メタンスリップ率の上昇を抑えることがで
き、改質器燃焼室での不完全燃焼あるいは酸素不足を防
ぐことができる。
き、改質器燃焼室での不完全燃焼あるいは酸素不足を防
ぐことができる。
（実施例）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
第２図は本発明の一実施例に係る燃料電池プラントの制
御装置のブロック図である。
御装置のブロック図である。
図示のように、本例では、第１図に示した燃料ガス温良
制御手段１７及び空気流１ ａｉｌｌ ｔｉ１手段１８
並びにフレッシュ空気流ｍ制御手段を、それぞれアノー
ド流量制御部１７△及びカソード流量制御部１８Ａ並び
にフレッシュ空気流量制御部１９Ａで購成し、各制御部
１７Ａ、１８Ａ、１９Ａには、それぞれ実際のアノード
流ａ、カソード流量、フレッシュ流量が帰還されている
。
制御手段１７及び空気流１ ａｉｌｌ ｔｉ１手段１８
並びにフレッシュ空気流ｍ制御手段を、それぞれアノー
ド流量制御部１７△及びカソード流量制御部１８Ａ並び
にフレッシュ空気流量制御部１９Ａで購成し、各制御部
１７Ａ、１８Ａ、１９Ａには、それぞれ実際のアノード
流ａ、カソード流量、フレッシュ流量が帰還されている
。
各制御部１７Ａ、１８Ａ、１９Ａの前には加算器２１Ａ
、２２Ａ、２３Ａがそれぞれ配置され、これにアノード
流最関数演σ部２１Ｂ、カソード流用関数演Ω部２２Ｂ
、フレッシュ空気流聞関数演！）部２３Ｂが接続されて
いる。
、２２Ａ、２３Ａがそれぞれ配置され、これにアノード
流最関数演σ部２１Ｂ、カソード流用関数演Ω部２２Ｂ
、フレッシュ空気流聞関数演！）部２３Ｂが接続されて
いる。
各演ｐ部２１８．２２８．２３Ｂには、負荷１８号とし
ての負荷電流１がイれぞれ入力されるようになっており
、これにスイッチ回路２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃと不完全
微分演算部２１Ｄ、２２Ｄ。
ての負荷電流１がイれぞれ入力されるようになっており
、これにスイッチ回路２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃと不完全
微分演算部２１Ｄ、２２Ｄ。
２３Ｄの直列回路が並列に接続されでいる。
アノード流爵の加算器２１Ａには改質器温度制御部２Ｏ
Ａからの修正値が入力されるようになっている。
Ａからの修正値が入力されるようになっている。
上記の構成において、アノード流ｍ目標舶は、負荷電流
１から関数演算により流量目標値を峰出するアノード流
用関数演粋部２１Ｂの出力と改質器温度制御部２ＯＡの
出力と４荷電流Ｉの不完全微分演算によりアノード流量
補正分をｔ１出するアノード流饋不完全微分演篩部２１
Ｂの出力とを加算器２１Ａで加算して求め、アノード流
台制御部１７Ａに与える。アノード流量制御部１７Ａは
、アノード流量目標値信号とアノード流色測定信号から
、例えばＰＩ演符により制御する。スイッチ回路２ＩＣ
は、負荷上昇時にオンする。
１から関数演算により流量目標値を峰出するアノード流
用関数演粋部２１Ｂの出力と改質器温度制御部２ＯＡの
出力と４荷電流Ｉの不完全微分演算によりアノード流量
補正分をｔ１出するアノード流饋不完全微分演篩部２１
Ｂの出力とを加算器２１Ａで加算して求め、アノード流
台制御部１７Ａに与える。アノード流量制御部１７Ａは
、アノード流量目標値信号とアノード流色測定信号から
、例えばＰＩ演符により制御する。スイッチ回路２ＩＣ
は、負荷上昇時にオンする。
カソード流量目標値は、負荷電流１から関数演算により
ＦＱｍ目標値を算出するカソードＦｆｆｉ関数演算部２
２Ｂの出力と負荷電流ｉの不完全微分演算によりカソー
ド流徴補正分を律出するカソード流山不完全微分演ｔ、
ｉ部２２Ｄの出力とを加算器２２Ａで加算して求め、カ
ソード流量制御部１８Ａに与える。カソード流量制御部
１８Ａは、カソード流命目標値信号とカソード流量測定
信号から、例えばＰＩＭ算により制御する。スイッチ回
路２２Ａは、負荷上昇時にオンする。
ＦＱｍ目標値を算出するカソードＦｆｆｉ関数演算部２
２Ｂの出力と負荷電流ｉの不完全微分演算によりカソー
ド流徴補正分を律出するカソード流山不完全微分演ｔ、
ｉ部２２Ｄの出力とを加算器２２Ａで加算して求め、カ
ソード流量制御部１８Ａに与える。カソード流量制御部
１８Ａは、カソード流命目標値信号とカソード流量測定
信号から、例えばＰＩＭ算により制御する。スイッチ回
路２２Ａは、負荷上昇時にオンする。
フレッシュ空気流量目標値は、負荷電流１から関数演算
により流儀目標値を算出するフレッシュ空気流債関数演
算部２３Ｂの出力と負荷電流ｉの不完全微分演算により
フレッシュ空気流量補正弁を算出するフレッシュ空気流
量不完全微分演篩部２３Ｄの出力とを加算器２３Ａで加
ｃ１シて求め、フレッシュ空気流量制御部１９Ａに与え
る。フレッシュ空気流量制御部１９Ａでは、フレッシュ
空気流量目標値信号とフレッシュ空気流鎖側定信号から
、例えばＰＩ演粋により制御Ｊる。スイッチ回路２３△
は負荷上昇時にオンする。
により流儀目標値を算出するフレッシュ空気流債関数演
算部２３Ｂの出力と負荷電流ｉの不完全微分演算により
フレッシュ空気流量補正弁を算出するフレッシュ空気流
量不完全微分演篩部２３Ｄの出力とを加算器２３Ａで加
ｃ１シて求め、フレッシュ空気流量制御部１９Ａに与え
る。フレッシュ空気流量制御部１９Ａでは、フレッシュ
空気流量目標値信号とフレッシュ空気流鎖側定信号から
、例えばＰＩ演粋により制御Ｊる。スイッチ回路２３△
は負荷上昇時にオンする。
水制御Ｉ装置による３０％→１００％負荷上昇時の改質
器温度の応答例を第３図に示づ。
器温度の応答例を第３図に示づ。
図示のように、本例では、負荷上背１４、各不完全微分
演算部２１Ｄ、２２Ｄ、２３Ｄで演算された不完全微分
りを加算器２１Ａ、２２Ａ、２３Ａに加算するので、第
６図のものに対し改質器温度の追従性が大幅に改善され
る。
演算部２１Ｄ、２２Ｄ、２３Ｄで演算された不完全微分
りを加算器２１Ａ、２２Ａ、２３Ａに加算するので、第
６図のものに対し改質器温度の追従性が大幅に改善され
る。
また、第４図に示すように、アノード流分、カソード流
値、フレッシュ空気流量の応答が不完全微分要素の分だ
けより速く増加しており、これにより改質器温度の上昇
が速くなっている。さらに、改質器温度の追従性が良く
なることで改質器燃焼室の不完全燃焼あるいはＭ水不足
が防止されている。
値、フレッシュ空気流量の応答が不完全微分要素の分だ
けより速く増加しており、これにより改質器温度の上昇
が速くなっている。さらに、改質器温度の追従性が良く
なることで改質器燃焼室の不完全燃焼あるいはＭ水不足
が防止されている。
上記実施例では、スイッチ回路２１Ｃ，２２Ｇ。
２３Ｃを負荷上昇時にオンとしたが、負荷上昇率が３０
％を超えるときのように急激な負荷変動時にのみオンさ
せるようにしてもよい。
％を超えるときのように急激な負荷変動時にのみオンさ
せるようにしてもよい。
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、適宜
の設８［的変更を行うことにより、他の態様で実施し得
るものである。
の設８［的変更を行うことにより、他の態様で実施し得
るものである。
［発明の効果］
以上述べたように本発明は特許請求の範囲に記載の通り
の燃料電池発電プラントの制ｉｌ＋装置であるので、負
荷上昇時に改質器温度の追従性を良くすることができる
。したがって、負荷上昇時に起こるメタンスリップ率の
増加を抑えることができ、改質器燃焼室のＷＩｉ素不足
あるいは不完全燃焼を抑えることができる。
の燃料電池発電プラントの制ｉｌ＋装置であるので、負
荷上昇時に改質器温度の追従性を良くすることができる
。したがって、負荷上昇時に起こるメタンスリップ率の
増加を抑えることができ、改質器燃焼室のＷＩｉ素不足
あるいは不完全燃焼を抑えることができる。
第１図は本発明の概要を示す図、第２図は本発明の一実
施例である燃料電池発電プラントの制御装置のブロック
図、第３図は上記実施例の負荷上昇時の改質器温度の応
答例を示づ説明図、第４図は上記実施例の負荷上９１時
のアノード流役及びカソード流Ｂ並びにフレッシュ空気
流量さらに改質器燃焼至Ｉ！２素濃度の応答例を示す説
明図、第５図は従来の燃料電池発電プラントの制御装置
のブロック図、第６図は上記従来例の口荷上胃時の改質
器温度の応答例の説明図、第７図は−Ｆ記従来例の負荷
上昇時のアノード流量及びカソード流量並びにフレッシ
ュ空気流量さらに改質器燃料室の酸素６１度の応答例の
説明図である。 １７・・・燃料ガス流量制陣手段 １８・・・空気流Ｇ制御手段 １９・・・フレッシュ空気流量制御手段２０・・・改質
器温度制御手段 ２１・・・燃料ガス流ｍ目標値韓出手段２２・・・空気
流伍目標値算出手段
施例である燃料電池発電プラントの制御装置のブロック
図、第３図は上記実施例の負荷上昇時の改質器温度の応
答例を示づ説明図、第４図は上記実施例の負荷上９１時
のアノード流役及びカソード流Ｂ並びにフレッシュ空気
流量さらに改質器燃焼至Ｉ！２素濃度の応答例を示す説
明図、第５図は従来の燃料電池発電プラントの制御装置
のブロック図、第６図は上記従来例の口荷上胃時の改質
器温度の応答例の説明図、第７図は−Ｆ記従来例の負荷
上昇時のアノード流量及びカソード流量並びにフレッシ
ュ空気流量さらに改質器燃料室の酸素６１度の応答例の
説明図である。 １７・・・燃料ガス流量制陣手段 １８・・・空気流Ｇ制御手段 １９・・・フレッシュ空気流量制御手段２０・・・改質
器温度制御手段 ２１・・・燃料ガス流ｍ目標値韓出手段２２・・・空気
流伍目標値算出手段
Claims (1)
- 原燃料を水素リッチガスに変換する改質器と、該改質器
と接続される燃料ガス制御弁と、該弁から送られてくる
水素リッチガス及び空気制御弁を介して送られてくる空
気を入力し電力を発生する電池本体と、フレッシュ空気
制御弁を介しフレッシュ空気供給装置より送られてくる
フレッシュ空気と前記電池本体から排空気供給管を介し
て出される排空気と前記電池本体より排出される排ガス
とを混合燃焼し前記改質器を加熱するバーナとを備えた
発電プラントの制御装置において、前記燃料ガス流量制
御弁及び空気制御弁並びにフレッシュ空気制御弁をそれ
ぞれ制御する燃料ガス流量制御手段及び空気流量制御手
段並びにフレッシュ空気流量制御手段と、前記燃料ガス
流量制御手段の流量目標値を修正することにより前記改
質器温度を制御する改質器温度制御手段と、負荷信号と
前記改質器温度制御手段の修正値から燃料ガス流量の目
標値を算出する燃料ガス流量目標値算出手段と、前記負
荷信号からそれぞれ空気流量目標値及びフレッシュ空気
流量目標値を算出する空気流量目標値算出手段及びフレ
ッシュ空気流量目標値算出手段を備え、各目標値算出手
段は負荷上昇時における負荷信号の動的補償を演算する
要素を有することを特徴とする燃料電池発電プラントの
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63299744A JPH02148571A (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 燃料電池発電プラントの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63299744A JPH02148571A (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 燃料電池発電プラントの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02148571A true JPH02148571A (ja) | 1990-06-07 |
Family
ID=17876445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63299744A Pending JPH02148571A (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 燃料電池発電プラントの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02148571A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5722925A (en) * | 1995-06-28 | 1998-03-03 | Yazaki Corporation | Electrical female terminal with lock mechanism |
| JP2002231288A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60212971A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-25 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム及びその起動方法 |
| JPS61101970A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-20 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラント |
| JPS62241266A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-21 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
-
1988
- 1988-11-29 JP JP63299744A patent/JPH02148571A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60212971A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-25 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム及びその起動方法 |
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| JP2002231288A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP4596657B2 (ja) * | 2001-02-01 | 2010-12-08 | 株式会社Ｉｈｉ | 燃料電池システム |
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