JPH0461755A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH0461755A JPH0461755A JP2170777A JP17077790A JPH0461755A JP H0461755 A JPH0461755 A JP H0461755A JP 2170777 A JP2170777 A JP 2170777A JP 17077790 A JP17077790 A JP 17077790A JP H0461755 A JPH0461755 A JP H0461755A
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、燃料電池発電装置の運転制御方式に関する。
周知のように燃料電池発電装置は、燃料電池と、天然ガ
スなどを原燃料として水素リッチなガスに改質して燃料
電池に供給する燃料処理装置と、酸化剤の空気を燃料電
池に供給する空気供給装置と、燃料電池の直流電気出力
を交流に変換して外部負荷に給電する電力変換装置と、
およびｑれらを統括側ｊ１１する制御装置とから構成さ
れている。
スなどを原燃料として水素リッチなガスに改質して燃料
電池に供給する燃料処理装置と、酸化剤の空気を燃料電
池に供給する空気供給装置と、燃料電池の直流電気出力
を交流に変換して外部負荷に給電する電力変換装置と、
およびｑれらを統括側ｊ１１する制御装置とから構成さ
れている。
そして、通常の負荷運転時には負荷の増減に対応して制
御装置より発電装置の系内各部に負荷設定値を与え、こ
れを基に電力変換装置の出力、並びに原燃料の流量、改
質用蒸気量、改質器の補助燃料流量、燃料電池入口の反
応ガス流量などが適正な関係を保つように制御している
。
御装置より発電装置の系内各部に負荷設定値を与え、こ
れを基に電力変換装置の出力、並びに原燃料の流量、改
質用蒸気量、改質器の補助燃料流量、燃料電池入口の反
応ガス流量などが適正な関係を保つように制御している
。
この場合に、負荷上昇指令に対しζは、電力変換装置は
ミリセカンド以下の早い速度で応答するのに対して、化
学反応プラントである燃料処理装置は応答速度が遅い、
そこで通常は負荷変動に対して一般にフィードフォワー
ド制御を行って制御性の向上を図るようにしている。
ミリセカンド以下の早い速度で応答するのに対して、化
学反応プラントである燃料処理装置は応答速度が遅い、
そこで通常は負荷変動に対して一般にフィードフォワー
ド制御を行って制御性の向上を図るようにしている。
ところで、かかる燃料電池発電装置に対し電力制御で負
荷を上昇する場合には次記のような問題が生じる。
荷を上昇する場合には次記のような問題が生じる。
すなわち、外部からの負荷上昇指令により、電力変換装
置、燃料処理装置、空気供給装置に目標電力に指令値を
設定して燃料電池発電装置をフィードフォワード制御す
ると、前述のように反応ガス供給系は電気的な応答に比
べて遅れがあるため燃料電池への反応ガス供給が負荷変
動に瞬時に対応できず、さらに反応ガス供給系の不良箇
所、制御系の調整不良などがあると、燃料電池はに反応
ガス供給不足の運転状態になることがある。しかも燃料
電池にガス不足が一旦発生すると燃料電池の電池電圧は
低下するようになるために、電力変換装置では燃料電池
の出力電流を増加させて出力を負荷上昇に合わせようと
する。
置、燃料処理装置、空気供給装置に目標電力に指令値を
設定して燃料電池発電装置をフィードフォワード制御す
ると、前述のように反応ガス供給系は電気的な応答に比
べて遅れがあるため燃料電池への反応ガス供給が負荷変
動に瞬時に対応できず、さらに反応ガス供給系の不良箇
所、制御系の調整不良などがあると、燃料電池はに反応
ガス供給不足の運転状態になることがある。しかも燃料
電池にガス不足が一旦発生すると燃料電池の電池電圧は
低下するようになるために、電力変換装置では燃料電池
の出力電流を増加させて出力を負荷上昇に合わせようと
する。
ところで、燃料電池発電装置では、一般に燃料電池での
反応ガス利用率について定格条件での水素利用率を８０
％、酸素利用率を６０％程度に設定し、燃料電池から出
るオフガスを燃料改質器のバーナに戻して触媒反応熱源
に利用するようにして運転制御を行っている。一方、燃
料電池での反応ガス消費量は電池の出力電流により決り
、出力電流の増加に対応して反応ガスの消費量も増大す
る。
反応ガス利用率について定格条件での水素利用率を８０
％、酸素利用率を６０％程度に設定し、燃料電池から出
るオフガスを燃料改質器のバーナに戻して触媒反応熱源
に利用するようにして運転制御を行っている。一方、燃
料電池での反応ガス消費量は電池の出力電流により決り
、出力電流の増加に対応して反応ガスの消費量も増大す
る。
このために、先記のように負荷上昇時に反応ガス供給の
応答遅れがなどが原因で出力電流の増加が生しると、燃
料電池での反応ガス消費量が前記定格条件での反応ガス
利用率（水素利用率８０％。
応答遅れがなどが原因で出力電流の増加が生しると、燃
料電池での反応ガス消費量が前記定格条件での反応ガス
利用率（水素利用率８０％。
酸素利用率６０％）を超えて燃料電池での反応ガス不足
状態がますます助長され、遂にはセルスタック内の一部
の単位セル、特に反応ガス通路の断面形状のバラツキな
どでガスの流れにくい単位セルから順次ガス欠の状態を
引き起こすようになる。
状態がますます助長され、遂にはセルスタック内の一部
の単位セル、特に反応ガス通路の断面形状のバラツキな
どでガスの流れにくい単位セルから順次ガス欠の状態を
引き起こすようになる。
しかもこのように燃料電池がガス欠運転になると、ガス
欠の発生した単位セルには局所加熱が生じるほか、電極
間の差圧増大によりマトリクス層を通して反応ガスの吹
き抜けが生じるなどして、これが基で電極などのセル構
成部材が損傷して遂には燃料電池の運転継続不能の事態
にまで進展するおそれがある。
欠の発生した単位セルには局所加熱が生じるほか、電極
間の差圧増大によりマトリクス層を通して反応ガスの吹
き抜けが生じるなどして、これが基で電極などのセル構
成部材が損傷して遂には燃料電池の運転継続不能の事態
にまで進展するおそれがある。
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、負荷
運転中に反応ガスの供給不足となる異常運転状態が生じ
た場合には、ガス欠運転の状態に進展する以前に燃料電
池発電装置を保護停止してセル損傷の発生を回避し、以
て燃料電池発電装置を安全に運転できるようにした燃料
電池発電装置の運転制御方式を提供することを目的とす
る。
運転中に反応ガスの供給不足となる異常運転状態が生じ
た場合には、ガス欠運転の状態に進展する以前に燃料電
池発電装置を保護停止してセル損傷の発生を回避し、以
て燃料電池発電装置を安全に運転できるようにした燃料
電池発電装置の運転制御方式を提供することを目的とす
る。
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の直流
出力電流制限値を反応ガス利用率が定格条件での利用率
を趙えた値に対応して設定し、かつ燃料電池の出力側で
検出した直流出力電流が前記制限値を鰯えた条件で発電
装置を保護停止するものとする。
出力電流制限値を反応ガス利用率が定格条件での利用率
を趙えた値に対応して設定し、かつ燃料電池の出力側で
検出した直流出力電流が前記制限値を鰯えた条件で発電
装置を保護停止するものとする。
上記のように反応ガス利用率を基にして燃料電池の直流
出力電流制限値を設定し、運転中に燃料電池の出力側で
検出した直流出力電流が制限値を超えた条件で発電装置
を保護停止することにより、ガス欠状態を経てセル損傷
に至る危険な運転を回避して燃料電池を安全に保護でき
る。
出力電流制限値を設定し、運転中に燃料電池の出力側で
検出した直流出力電流が制限値を超えた条件で発電装置
を保護停止することにより、ガス欠状態を経てセル損傷
に至る危険な運転を回避して燃料電池を安全に保護でき
る。
なお、前記した電流制限値に対応する反応ガス利用率は
、反応ガス供給系の最大供給能力に対して燃料電池での
ガス消費分が先記した定格利用率（水素利用率８０％、
酸素利用率６０％）以上で１００％以下となるような値
に固定的に設定するか、あるいは発電装置の設定出力に
応じて可変設定し、各設定出力により指令された反応ガ
ス供給量に対して燃料電池でのガス消費分が前記と同様
に定格利用率以上で１００％以下となるような値に設定
するものとする。
、反応ガス供給系の最大供給能力に対して燃料電池での
ガス消費分が先記した定格利用率（水素利用率８０％、
酸素利用率６０％）以上で１００％以下となるような値
に固定的に設定するか、あるいは発電装置の設定出力に
応じて可変設定し、各設定出力により指令された反応ガ
ス供給量に対して燃料電池でのガス消費分が前記と同様
に定格利用率以上で１００％以下となるような値に設定
するものとする。
以下本発明の実施例を図に基づいて説明する。
まず、第１図は燃料電池発電装置のプロセスフロー図で
あり、天然ガスなどの原燃料は脱硫器１を経て改質器２
に入り、ここで水素リッチなガスに改質された後、高温
Ｃｏ変成器３．低温Ｃｏ変成器４を経由して燃料電池５
の燃料極５ａに供給される。
あり、天然ガスなどの原燃料は脱硫器１を経て改質器２
に入り、ここで水素リッチなガスに改質された後、高温
Ｃｏ変成器３．低温Ｃｏ変成器４を経由して燃料電池５
の燃料極５ａに供給される。
また、酸化剤の空気は改質器２からの排ガスを利用して
駆動されるターボコンプレッサ６を通じて燃料電池５の
空気極５ｂに供給される。さらに燃料電池５から出たオ
フガスは改質器２のバーナ２ａに供給して改質反応の熱
源に消費される。一方、燃料電池５の直流電気出力は電
力変換装置７で交流に変換されて外部負荷８に給電され
る。なお、９は燃料電池５の直流出力回路に接続した電
流計、１０は改質器２．燃料電池５へ改質蒸気、電池冷
却水を供給する水蒸気分離器である。
駆動されるターボコンプレッサ６を通じて燃料電池５の
空気極５ｂに供給される。さらに燃料電池５から出たオ
フガスは改質器２のバーナ２ａに供給して改質反応の熱
源に消費される。一方、燃料電池５の直流電気出力は電
力変換装置７で交流に変換されて外部負荷８に給電され
る。なお、９は燃料電池５の直流出力回路に接続した電
流計、１０は改質器２．燃料電池５へ改質蒸気、電池冷
却水を供給する水蒸気分離器である。
第２図は燃料電池発電装置の制御系統図であり、制御装
置１１は負荷指令に基づいて系内各部の負荷設定値を演
算し、各部に一括して設定信号を与えて運転制御する。
置１１は負荷指令に基づいて系内各部の負荷設定値を演
算し、各部に一括して設定信号を与えて運転制御する。
ここで、制御装置１１は前記の制御機能のほかに次記の
ような保護制御機能を備えている。すなわち、燃料電池
５の直流出力電流に対してあらかじめ制限値を設定して
おき、電流計９で検出した電流が所定の制限値を趙えた
際に制御装置１１より各部に停止指令を出力して燃料電
池発電装置を保護停止させる。
ような保護制御機能を備えている。すなわち、燃料電池
５の直流出力電流に対してあらかじめ制限値を設定して
おき、電流計９で検出した電流が所定の制限値を趙えた
際に制御装置１１より各部に停止指令を出力して燃料電
池発電装置を保護停止させる。
この場合に、燃料電池の直流出力電流に対する制限値を
燃料電池の反応ガス利用率に関連付け、次記のように電
流制限値を反応ガス利用率が定格条件での利用率を趙え
た値に対応して設定するものとする。すなわち、前記の
電流制限値に対応する反応ガス利用率は、 （１）反応ガス供給系の最大供給能力に対して燃料電池
でのガス消費分が先記した定格利用率（水素利用率８０
％、酸素利用率６０％）以上で、かつ１００％以下の範
囲の値に固定的に設定する。
燃料電池の反応ガス利用率に関連付け、次記のように電
流制限値を反応ガス利用率が定格条件での利用率を趙え
た値に対応して設定するものとする。すなわち、前記の
電流制限値に対応する反応ガス利用率は、 （１）反応ガス供給系の最大供給能力に対して燃料電池
でのガス消費分が先記した定格利用率（水素利用率８０
％、酸素利用率６０％）以上で、かつ１００％以下の範
囲の値に固定的に設定する。
（２）あるいは発電装での設定出力に応して可変設定し
、各設定出力により指令された反応ガス供給量に対して
燃料電池でのガス消費分が前記と同様に定格利用率以上
で、かつ１００％以下となるような値に設定する。
、各設定出力により指令された反応ガス供給量に対して
燃料電池でのガス消費分が前記と同様に定格利用率以上
で、かつ１００％以下となるような値に設定する。
第３図は特に前記（２）による直流出力電流制限値を燃
料電池の出力電力Ｐ、＠池電圧■、直流出力電流Ｉと関
連付けて表したものであり、図中の実線ＡはＰ−１特性
を、点線ＢはＩ−Ｖ特性として表した設定出力電流値を
、鎖線Ｃは出力ｉｔ電流制限値示している０例えば出力
電カフ５％に対応する設定出力電流値はＡｖＡ上のａ点
を通る垂線とＢ線との交点すであり、この設定出力に対
する出力電流制限値は点すを通る水平線とＣ線との交点
Ｃで与えられる。なお、出力電流制限値は設定出力電流
値に近い値であるほど燃料電池の保護の面で安全である
が、両者の値が接近していると反応ガス供給量の僅かな
変動でも発電装置に保護停止がかかるために運転が不安
定となることから、多少の裕度を持たせて選ぶのがよい
。
料電池の出力電力Ｐ、＠池電圧■、直流出力電流Ｉと関
連付けて表したものであり、図中の実線ＡはＰ−１特性
を、点線ＢはＩ−Ｖ特性として表した設定出力電流値を
、鎖線Ｃは出力ｉｔ電流制限値示している０例えば出力
電カフ５％に対応する設定出力電流値はＡｖＡ上のａ点
を通る垂線とＢ線との交点すであり、この設定出力に対
する出力電流制限値は点すを通る水平線とＣ線との交点
Ｃで与えられる。なお、出力電流制限値は設定出力電流
値に近い値であるほど燃料電池の保護の面で安全である
が、両者の値が接近していると反応ガス供給量の僅かな
変動でも発電装置に保護停止がかかるために運転が不安
定となることから、多少の裕度を持たせて選ぶのがよい
。
そして、負荷運転時には電流計９で検出した燃料電池５
の直流出力電流を制御装置１１に取り込んで監視し、こ
こで直流出力電流が前記した電流制限値を趙えた際には
異常運転と判断し、制御装置１１より系内各部に停止指
令を出力して発電装置を保護停止する。なお、保護停止
後の処置としては、反応ガス供給系、制御系のハード、
ソフト面を点検してガス不足の発生原因となる異常部分
がないかを点検し、さらに必要により制御系を再調整し
た上で運転を再開する。
の直流出力電流を制御装置１１に取り込んで監視し、こ
こで直流出力電流が前記した電流制限値を趙えた際には
異常運転と判断し、制御装置１１より系内各部に停止指
令を出力して発電装置を保護停止する。なお、保護停止
後の処置としては、反応ガス供給系、制御系のハード、
ソフト面を点検してガス不足の発生原因となる異常部分
がないかを点検し、さらに必要により制御系を再調整し
た上で運転を再開する。
以上述べたように、本発明の運転制御方式は、燃料電池
の直流出力電流制限値を反応ガス利用率が定格条件での
利用率を超えた値に対応して設定し、かつ燃料電池の出
力側で検出した直流出力電流が前記制限値を超えた条件
で発電装置を保護停止するようにしたので、負荷運転中
に反応ガスの供給不足となる異常運転状態になった場合
でも、燃料電池がガス欠状態に至る以前に発電装置を保
護停止して燃料電池のセル損傷発生を未然に回避するこ
とができ、これにより燃料電池発電装置の安全保護が図
れる。
の直流出力電流制限値を反応ガス利用率が定格条件での
利用率を超えた値に対応して設定し、かつ燃料電池の出
力側で検出した直流出力電流が前記制限値を超えた条件
で発電装置を保護停止するようにしたので、負荷運転中
に反応ガスの供給不足となる異常運転状態になった場合
でも、燃料電池がガス欠状態に至る以前に発電装置を保
護停止して燃料電池のセル損傷発生を未然に回避するこ
とができ、これにより燃料電池発電装置の安全保護が図
れる。
第１図は燃料電池発電装置のプロセスフロー図、第２図
は本発明実施例の制御系統図、第３図は第２図における
燃料電池の直流出力電流制限値を表した特性図である０
図において、 ２：改質器、５：燃料電池、６：空気供給用ターボコン
プレッサ、７：電力変換装置、８：外部負荷、９：電流
針、１１：制御装置。
は本発明実施例の制御系統図、第３図は第２図における
燃料電池の直流出力電流制限値を表した特性図である０
図において、 ２：改質器、５：燃料電池、６：空気供給用ターボコン
プレッサ、７：電力変換装置、８：外部負荷、９：電流
針、１１：制御装置。
Claims (1)
- １）燃料電池、燃料処理装置、空気供給装置、電力変換
装置、およびこれらの制御装置からなる燃料電池発電装
置に対し、燃料電池の直流出力電流制限値を反応ガス利
用率が定格条件での利用率を超えた値に対応して設定し
、かつ燃料電池の出力側で検出した直流出力電流が前記
制限値を超えた条件で発電装置を保護停止することを特
徴とする燃料電池発電装置の運転制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170777A JP2674867B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170777A JP2674867B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0461755A true JPH0461755A (ja) | 1992-02-27 |
| JP2674867B2 JP2674867B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=15911185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2170777A Expired - Fee Related JP2674867B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674867B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0750172A (ja) * | 1993-08-04 | 1995-02-21 | Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | 燃料電池発電プラントとその運転制御方法及び装置 |
| JP2007287704A (ja) * | 2007-07-31 | 2007-11-01 | Toshiba Home Technology Corp | 燃料電池装置 |
| EP1873859A1 (en) * | 2000-06-08 | 2008-01-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel supply system for fuel cells |
| JP2010033767A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システムおよびその故障原因推定方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6151772A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電装置の流量制御装置 |
| JPS6351060A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-04 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP2170777A patent/JP2674867B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6151772A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電装置の流量制御装置 |
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| EP1873859A1 (en) * | 2000-06-08 | 2008-01-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel supply system for fuel cells |
| USRE43219E1 (en) | 2000-06-08 | 2012-02-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell fuel supply system and mobile body |
| JP2007287704A (ja) * | 2007-07-31 | 2007-11-01 | Toshiba Home Technology Corp | 燃料電池装置 |
| JP2010033767A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システムおよびその故障原因推定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2674867B2 (ja) | 1997-11-12 |
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