JPH03266366A - 燃料電池発電システムの制御装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池と改質装置とを備えて構成される燃料
電池発電システムに係わり、特に、負荷変動時等におけ
る燃料改質系の圧力の制御性を高めて、負荷追従性を向
上させようとした燃料電池発電システムの制御装置に関
する。

（従来の技術） 燃料電池発電システムは、高効率、無公害、低騒音で、
且つ負荷追従性に優れた発電システムと言われている。

そして、本システムでは天然ガス、ナフサ等の原料ガス
から燃料電池での電気化学反応に必要な水素ガスを生成
する改質装置を有しており、改質装置に適切な原料ガス
を供給するために燃料改質系の代表圧力を適切に保つ制
御を行なっていた。

第４図は、これに係わる燃料電池発電システムの制御装
置の一従来構成例を示したものである。

図において１は原料ガス流量調節弁、２は水添脱硫器な
どの前処理装置、３は改質装置、４は高温シフトコンバ
ータ、５は低温シフトコンバータ、６はスチームセパレ
ータ、７は電池燃料極燃料流量制御弁、そして８は圧力
検出器である。本従来例では、スチームセパレータ出口
の圧力を検出器８が検出し、その検出値ａと設定値すと
の偏差Ｃに基づいて調節器９が開度指令ｄを発生する構
成である。本従来例は、燃料電池へ供給する燃料流量の
増加、減少に対して、セパレータの出口圧力を設定圧力
に保つ様に原料ガスを適切に供給しようとするものであ
るが、この様な構成においては、前記原料ガス流量調節
弁が前処理装置や改質装置など多くの装置を隔てた部分
の圧力を制御しようとするため、制御性が十分ではなく
必ずしも良好な安定性及び追従性が得らていなかった。

第５図は本発明に係わる燃料電池発電システムの制御装
置の第２の従来構成例を示したものであり、第４図と同
一の要素には同一の符号を付して有る。本従来例では、
前記第４図に対し、より制御の行ない易い改質装置上流
部分の圧力を検出器８にて検出し、その検出値ｅとその
設定値ｆとの偏差ｇに基づき、調節器９が原料ガス流量
調節弁１に開度指令ｄを与える構成である。しかしなが
ら、この様な構成の制御装置においては、圧力自体は制
御性が良好なものの、下流側の流量調節弁７が燃料電池
へ良好に燃料を供給できる揉に調節弁７の１次側圧力を
維持するには、前記改質装置上流圧力制御に高い制御性
が要求され、急瞬な負荷変化時においては、この制御性
は必ずしも満足すべきものではなかった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の燃料電池発電プラントにおいては
急瞬な負荷変化等の場合に、燃料改質系の圧力が変動し
、燃料電池への安定な燃料供給が阻害されたり、改質装
置における改質側と燃焼質側との圧力差（以下、内外差
圧と称す）が大きく発生するなどの問題があった。本発
明は上述の様な問題を解決するためになされたものであ
り、急瞬な負荷変動に対しても、燃料改質系の圧力変動
を良好に抑制することから燃料電池へ燃料ガスを安定に
供給し、又改質装置の内外差圧の発生を良好に抑制する
燃料電池発電システムの制御装置を提供することを目的
としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するなめに、本発明では電池電流や負荷
指令から原料ガスの基準設定流量を求め、これに改質装
置の反応ガス上流部分の圧力設定値と検出値との偏差信
号に基づく補正流量を加算することで原料ガスの設定流
量を発生し、この設定値に追従する様に流量制御を行な
うよう構成する。

（作　用） 従って、本発明によれば燃料電池発電システムにて電池
電流あるいは負荷が上昇した場合に、原料ガスはより先
行的に供給量が増加されるため、燃料改質系における圧
力の低下を防ぐような作用がなされる。逆に、負荷が減
少した場合には原料ガスは先行的に絞り込まれるため、
改質系の圧力上昇を抑える作用がある。

（実施例） 以下に本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明による燃料電池発電システムの制御装置
の一実施例を示し、第４図、５図と同一のちのには同一
符号を付して、これらについては説明を省略する。

本実施例では第５図の従来例に対し、電池電流りを基に
原料ガスの基準設定流量ｉを発生する関数発生器１０、
及び圧力偏差信号ｇから補正流量ｊを求める調節器９を
設け、これらの信号の加算信号にと検出器１１による流
量検出値Ａとの偏差ｍから、調節器１２が流量調節弁１
に開度指令ｄを発生する構成である。

次に本実施例の作用について説明する。例えば時刻ｔ　
からｔ２迄に負荷ある′いは電池電流が増加した場合を
、第２図を用いて説明する。この様な負荷増加に対し、
第５図に示した従来構成では改質装置上流部のガス圧力
に基づく閉ループ制御構成で原料ガス流量を増加させる
ため、原料ガス流量の増加はＦ２の様に遅く、従って圧
力の低下もＰ２の様に大きくなる。これに対し第１図に
示した実施例に従えば、負荷や電池電流信号りの増加に
応じて先行的に原料ガスを増加させるため、この応答は
Ｆｌに示すごとく連応性が高められ、従って上記圧力の
低下もＰｌに示す様に良好に抑制されることになる。

従って本実施例によれば、先行的に原料ガスを変化させ
ることにより、燃料改質系の過渡的な圧力変動を抑える
ため、急瞬な負荷変化に対しても圧力を適切に維持し、
電池への燃料ガス供給を良好に行なうことが可能となる
。

第３図は、本発明の他の実施例を示した構成図である。

本実施例では、第１図の実施例の原料ガス基準設定流量
１に対し進み要素あるいは遅れ要素の演算器１３を付加
した構成である。ここで１３は例えば（１）式や（２）
式で与えられる。

１十Ｔ２Ｓ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）（
１＋Ｔ　　Ｓ）／１１＋Ｔ３Ｓ）　　　　　・・・（２
）本実施例は、第１図に示した実施例に対し、より先行
的に原料ガスを変化させて、燃料改質系の圧力変動を抑
制しようとするものであるか、本実施例によっても前記
実施例と同様の作用、効果がもたらされることは明らか
である。

なお、以上の実施例においては信号りとして電池電流や
負荷を用いたが、これらの指令値をｈとしても同一の作
用、効果か得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば負荷変化時に先行
的に原料ガス流量を制御させるよう構成したので、燃料
改質系の圧力をいつも適切に保ち、よって燃料電池への
燃料供給を良好に維持すると同時に、改質装置での内外
差圧の発生を良好に抑制することが可能となり、プラン
トとしての負荷追従性の向上と改質装置へのストレスの
低減が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料電池発電システムの制御装置
の一実施例を示す構成ブロック図、第２図は第１図の実
施例と従来例との作用の相違を示す説明図、第３図は、
本発明による燃料電池発電システムの制御装置の他の実
施例を示す構成ブロック図、第４図は燃料電池発電シス
テムの制御装置の従来例を示す構成ブロック図、第５図
は他の従来例を示す構成ブロック図である。 １・・・原料ガス流量調節弁 ２・・・前処理装置　　　　３・・・改質装置４・・・
高温シフトコンバータ ５・・・低温シフトコンバータ ６・・・七パレータ ７・・・電池燃料極燃料流量制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成する改
   質装置と、この改質装置にて得られた改質ガスを燃料ガ
   スとして燃料極へ、また酸化剤ガスを酸化剤極に夫々導
   入し、この時生ずる電気化学的反応により、電気エネル
   ギーを発生する燃料電池を備え、前記改質装置の反応ガ
   ス側の上流部分の圧力設定値と検出値との偏差に基づき
   原料ガスの流量制御を行なう燃料電池発電システムにお
   いて、電池電流あるいは負荷を基に原料ガスの基準設定
   流量を求め、これに前記圧力偏差による補正値を与える
   ことにより原料ガスの設定流量を発生し、原料ガスの流
   量制御を行なうことを特徴とする燃料電池発電システム
   の制御装置。