JPS60189176A - 燃料電池発電システムのフロ−制御系 - Google Patents

燃料電池発電システムのフロ−制御系

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JPS60189176A
JPS60189176A JP59041249A JP4124984A JPS60189176A JP S60189176 A JPS60189176 A JP S60189176A JP 59041249 A JP59041249 A JP 59041249A JP 4124984 A JP4124984 A JP 4124984A JP S60189176 A JPS60189176 A JP S60189176A
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fuel
fuel gas
fuel cell
pressure
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JP59041249A
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Yasuo Takagi
康夫 高木
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、燃料電池発電システムのフロー制御系に係り
、酸化剤としC空気をカソードに、環元利とし”C水素
を主成分とする燃料ガス全アノードに供給され、かつ、
カソードとアノードは電解質を含む薄いマトリックスを
はさむ形状金なす燃料電池に供給する空気と燃料ガスの
制御に関する。
〔従来技術とその問題点〕
この種の燃料電池(F、C,1発電システム、フローを
第1図に示すつ燃料ラインXは、原燃料トシて、ナフサ
・メタン等が外部から供給される。
この原燃料を、調節弁1により、嫡当な流量とした後、
水素を添加し、水添脱硫器2に【す、硫黄を取り除く。
さらに、水蒸気を加え、燃料改質器(リフオーマ)3で
、加熱し、原燃料を分解し、水素を主成分とし、−酸化
炭素と二酸化炭素金倉む燃料ガスに改質する。なお、こ
の反応は、吸熱反応なので、加熱し続ける必要がある6
さらに、この燃料は、−酸化炭素転換器(シフトコシバ
°−タ)5により、−酸化炭素を、水蒸気と反応させ〔
、二酸化炭素と水素に変える。この燃料にはまだ一般に
、水蒸気が多陵に含まれているので、脱水器6 a K
 Lす、冷却し〔、水蒸気を減らす。さらに、加熱器7
aで、適当な温度にし、流調弁8で、適当な流量に調節
しr:、Fc、9に供給する。FC’−から排出された
燃料ガスには、まだ、水素が含まれており、脱水器6b
により、冷却し水蒸気を取り、再度加熱器7blK、よ
り加熱したのち、リフオーマ3紫加熱するためのリフオ
ーマバーナ10に供給し、空気と混合しC燃焼させる。
またこめ廃ガスは、ターボコンプレッサ11の、ターボ
llbに供給させ空気の、加圧に用いる。
空気系Yは、外気を、ターボコンプレッサ11の、コン
プレッサ部11aにより加圧し〔、水蒸気紫加えた後、
流量fA節弁12により、適当な流量に制御して、F、
C,9に供給するつl;’、C,から排出された空気は
ミキサー13に送られ、ターボコンプレッサ11のター
ボ部分11bに供給される。
F、 0.9は、電解′Rを含む薄いマトリックスをは
さんで、カソードとアノード°がある構成なので、カソ
ードの空気とアノードの燃料ガスの圧力差が大きいと、
空気、または、燃料ガスがマトリックスを貫通しC直接
反応するクロスオーバと鴎われる現象が起こり、F、C
,の性能の劣化さらには、故障の原因となる他、空気と
燃料ガスが#1−<反応するので、危険である。#に発
電プラントのケち上げ時や停止操作時には、ターボコン
プレッサ11や補助バーナ15等の空気や燃料ガス金F
、 C。
に供給するだめの補機の動作が不安定であり、この圧力
差を抑制するのが容易でないっ そこで従来は、F、C,lバイパスしC空気と燃料ガス
を通すライン18a、 bと、空気と燃料ガスを、バイ
パスライン18とF、 C,9のいずれに流すかを制御
するための、切り換え弁19を設置し、立ち上げ、停止
操作時には、バイパスライン全便い空 □気と燃料基金
調整し、圧力と流量が安定した後に、F= c、ライン
を開にし、バイパスラインを閉にして、F、 C,に空
気と燃料ガス全供給しCいた。しかし、この切り換え操
作の際に、これまで封1F、されCいたF’、 C,内
の圧力が、バイパス流路の圧力と異なるために激しくF
、C,内へガスが流入または、F、C。
内から流出するために、F、C,内の圧力が大きく変動
していた。この圧力変化の様子が空気側と燃料ガス側で
異なるために、しばしば大きな圧力差が生じ、IN、c
、発電プラントの立ち上げを困難にしていた。
〔発明の目的〕
本発明は、上記不都合を除去し、F、C,のカソードの
空気と、アノードの燃料ガスの圧力差金小さく保持しつ
つ、立ち上げ、停止のできる燃料電池発電システムの7
0−制御系を提供することを目的とするものである。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、本発明は、空気系と燃料系
の燃料電池出口と、バイパス流路の間に#4節弁を、ま
たF’、 C,内の空気と燃料ガスの圧力を剰定する圧
力計を設置する。バイパス流路からF、 C,ヘガスの
流れを変える場合ICは、空気系または、燃料系いずれ
か一方の上記調節弁を、あらかじめ定められた関数に従
い除々に開く。もう−ηの調節弁iF、c、内の空気と
燃料ガスの間の圧力差を抑制するように制御する。定常
運転時には、前者の調節弁は全開とし、後者の弁により
、空気と燃料ガスの圧力差を制御する。停止の場合は、
F、 C。
の流tt−しぼりながら、一方の弁は、あらかじめ定め
られた関数に従かい閉とし、他方の弁は、圧力差が生じ
ないように制御を行なう。
また、空気と燃料ガスをバイパス流路に流すかF、 C
,に流すかを切り換える弁は、バイパス流路側の弁を一
定の関数に従い制御するとともに、F、C,側の弁は、
バイパスとF、 C,t−通る全流降の和が一定になる
ように調節される。
〔発明の効果〕
と述の如く調節弁と圧力検出器を設+Ff!することに
より、立ち上げ時に空気と燃料ガス金バイパス流路から
主流路へ切り換える場合のF、 C,内の空気と燃料ガ
スの圧力差を小さく抑制し、クロスオー パによるF、
 C,の故障や劣化を防ぐことができる。
また、従来蝶、多数の人員を配し〔除々に切り喚えてい
たが本発明によれば、短時間に、かつ少人数で行なうこ
とができる。さらに従来は、これらのバイパス・主流路
切り換え弁の他に、定常運転時のアノードの燃料ガスと
カソードの空気の圧力全制御する圧力制御弁が必要であ
ったが、本発明によれば、両者の機能金兼ねることがで
き、グランドの建設コストを低下させることができる。
〔発明の実施例〕
以下本発明しこ従っC構成さfLる燃料′電池発電シス
テムのフロー制御系の一実施例を図面に従い詳細に説明
する。
本発明により構成される燃料電池のフロー制御装置にの
構成を第2図に示す。この実施例においては、F、 C
,9に供給される空気と燃料ガス流量と、バイパス流路
18a、 18bに流れる流量を制御するだめに、空気
流路Xと燃料流路YのF、 C,の上流1111Iに、
1i’、 0.9に供給する流量を調節する弁21a、
21bと、バイパス流路を流れる流tを調節する弁22
a、 22bを設置しである。また、バイパス流路とF
、 C,への供給流路との分岐点より上流側に、流量オ
リフィス24a、 24bが設置されている。
また、F、 C,9の下流側、バイパス流路18とF、
C9からの主流路との合流点より上流IIIIIに、調
節弁20a。
20b Th設置してあり、F、C,流量調節弁21a
、21hと共に、立ち上げ時、その他の流量−や圧力が
不安定な際、P、C,の保護のため全閉となっr F、
 C,を封+hするう定常運転時には、弁20a、 2
0bは圧力調節弁としC利用する。
この実施例における、発電プラントの弁の制御B11を
第3図に示す。プラントの立ち上げ時には、バイパス流
量調節弁22は、補機の立ち’cげのためほとんど全開
となる。補機の動作が安定し、圧力が安全したら、F、
C,に空気や燃料ガスケ供給するために、バイパス流1
調節弁22は除々に閉じる。
この指示は、シーケンスコントローラ261〕から出さ
れる。このシーケンスコントローラーの指示ハ、立ち上
げ、停止、定常により、第5図に示すシーケンスを持っ
Cいる。
また、上記バイパス流量調節弁22がしまるのと同時に
、F、C,流量調節弁21は、オリフィス24で検出す
る流量が、流量目標値と一致するように、PT−yント
ローラ25I′i、F、 C,流量調節弁21ヲ制御す
るつこの結果第3図に示す如<、F、c、流量調節弁2
1は、除々に開く。また、これと同時に空気経路側圧力
調節弁20bは、ソーケンスコントローラ26aニ従イ
、除々に開く。このシーケンスコントローラ2’6aの
制御シーケンスは、第4図に示す如く、立ち上げ、定常
、停止操作に応じて3種のシーケンス金持っ〔おり、圧
力調節弁20b l制御する。一方、燃料系の圧力調節
弁20aは、F、 C,9の出口マニホールド内の空気
と燃料ガスの圧力全測定する圧力検出器23a、 23
bからの圧力信−号を受け、この偏差がOになるように
PI演算を行なうコントローラ25aの制御出方を受け
作動する。発電プラントの定常運転時には、バイパス流
量調節弁22は全閉であり、F、 C,流量調節弁21
は出力に応じた流量をF、 C,に供給すべく制御され
、圧力調節弁20bは常に一定開度、 20aは、F、
 C,9内の空気と燃料ガスの圧力をなくすように制御
される。
また発電、プラントの停止時の弁の開度変化を第3図に
示す。このシーケンスは、立ち上げ時と同様の考え方に
基づくもので自明であるので説明は省略する。
上述の如く構成されたF、 C,発電システムのフロー
制御系は、F、C,の立ち上げ時に、F、C,内の空気
と燃料ガス圧力の差を小さく抑えながら、容易な操作に
より、バイパス流路から、主流路へ切り換えることがで
き、立ち上げ時間の短縮−や、F、C,のクロスオーバ
による性能低下、故障を防ぐことができる。
また、従来は、バイパス流路と主流路の切り換え装置の
他に、別途、流量・圧力制御系を必要としたが、本実施
例では、両方の機能金1゛っの制御装置とすることがで
き、コスト全低下させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、燃料電池発電システムのフロー図。 第2図は9本発明に係る燃料覗池発電システムのフロー
制御系の構成図。 第3図は9本発明に係るフロー制御系の弁開叶変化を示
す図。 第4図、第5図は9本発明に係るフロー制御系のシーケ
ンスコントローラのアルゴリズムを示す図である。 1・・・圧力制御弁、2・・・脱流器。 3・・・リフオーマ、4・・・圧力計。 5・・・ンフトコンバータ、6・・・冷却脱水a 。 7・・・加熱器、 8・・・燃料流1副1卸弁。 9・・・燃料電池、IO・・・す7オーマバーナ。 11・・・ターボコンゾレッサ、12・・・空気r&量
制制御。 13・・・ミキサ、14・・・手動圧力調整弁。 15・・・補助バーナ、16・・・調節計。 17・・・圧力調整弁、18・・・バイパス流路。 19・・・バイパス/主流路切り換え弁、20・・・圧
力調節弁。 21・・・流量制御弁、22・・・バイパス流電調節弁
。 23・・・圧力検出器、24・・・流量オリフィス。 25 ・・PIFA節tt、 26 ・・シーケンスコ
ントローラ。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) ト、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 酸化剤としC空気を、還元剤としC水素を主成分とする
    燃料ガスを用いるリン酸電解質燃料電池を有しC構成さ
    れる燃料電池発電システムにおいて、燃料流路において
    、燃料電池をバイパスしC燃料ガスを流す燃料ガスバイ
    パ夏流路と、この燃料ガスバイパス流路と、燃料電池の
    いずれに燃料ガスを流すかを制御する弁と、燃料電池の
    燃料ガス圧力を検出する圧力検出器と、燃料電池と、燃
    料ガスバイパス流路との間に設装置された調節弁と、空
    気流路においで1燃料′亀池をバイパスして空気を流す
    空気バイパス流路と、−この空気バイパス流路と、燃料
    ′電池のいずれに空気を流すか金利例する弁と、燃料電
    池の空気圧力を検出する圧力検出器と、燃料電池と燃料
    ガス゛バイパス流路との間に設置゛さtまた調節弁とを
    具備したことを特徴とする燃料電池発電システムのフロ
    ー制御系。
JP59041249A 1984-03-06 1984-03-06 燃料電池発電システムのフロ−制御系 Pending JPS60189176A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996020508A1 (en) * 1994-12-23 1996-07-04 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell system with a regulated vacuum ejector for recirculation of the fluid fuel stream
US5677073A (en) * 1994-07-13 1997-10-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell generator and method of the same
US5947577A (en) * 1994-12-28 1999-09-07 Nec Corporation Image pick-up device

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