JPS6056374A - 燃料電池の燃料流量制御装置 - Google Patents
燃料電池の燃料流量制御装置Info
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- JPS6056374A JPS6056374A JP58163316A JP16331683A JPS6056374A JP S6056374 A JPS6056374 A JP S6056374A JP 58163316 A JP58163316 A JP 58163316A JP 16331683 A JP16331683 A JP 16331683A JP S6056374 A JPS6056374 A JP S6056374A
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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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、原燃料を必要に応じて設けられる改質器（
二て改質燃料に変成した後との改質燃料を、或１・、す
虜タンクより得た水素を燃料として燃料電池の燃料極室
に燃料流量調節弁を介して供給し、更；二その排出ガス
を必要に応じて設けられる改質器の反応温度を保持する
ための加熱燃料として用いる燃料電池発電システムの健
料流量制御装置に関する。
二て改質燃料に変成した後との改質燃料を、或１・、す
虜タンクより得た水素を燃料として燃料電池の燃料極室
に燃料流量調節弁を介して供給し、更；二その排出ガス
を必要に応じて設けられる改質器の反応温度を保持する
ための加熱燃料として用いる燃料電池発電システムの健
料流量制御装置に関する。
／！ｉ’！ １図は、本発明に関わる改質器と燃料電池
とをイ）する燃料電池発電システムの一例を示す系統構
成図であり、燃料電池は単電池としで示す。原イ６ 燃８′ｉ源１より供給される炭火水素系原燃料は、改）
Ｒ器２の中に格納された複数の改質反応管（１木のみ示
す）３内の触媒層４へ導びかれ、ここで改質反応が行な
われ水素に富む改質燃料に改質される。改質された改、
質（然江中に含まれる一酸化炭素は、−酸化炭素変成器
５にて水素と炭（、＠、ガスに変成され、更ｌ二冷却器
６を介して低温媒体８にて冷却された後水分分陥器７に
流入して水分が分熱される。このようにして改質された
改質健料１・主、燃料流侶・調節弁９を介して蚊ト料電
池１０の燃料極室１１に導びかれ、図示しない圧縮機（
二より加用されて空気な室１２に導入された空気中の酸
素と？）で−気イヒ学的に反応し電気を発生する。尚１
１は俗料極、１２目空気極である。燃料′上池１０の燃
料極室１１を通過した改質燃料は、電気化学反応上未反
応の残存改質燃料を含んでいるため、これを先きにやＫ
ベア辻改質器２（１導びき、改質反応に必要な熱を供給
するン゛こめの加熱燃料と［７て利用する。そのため、
未反応の残存燃料を燃料極室１１の出口のアブソーバ１
３を経由して冷却器１４に導びき、低（，１１Ｍ媒体１
７（二で冷却し、残存改質燃料中の水分を水分分離器１
５に−Ｃ分離した後、改質器２のバーナ１６（１導びさ
図示しない前記圧縮機を介して供給される空気と共に燃
焼させる。尚上記空気は燃料電池１０の空気極室１２の
ｔｌｆ：空気を用いてもよい。一方燃料電池１０（二で
発生した電気は、電解液を保持するマトリックス１８の
両側に設けられた燃料極１１及び空気極１２より外部に
３）％びかれ、負荷２１に゛Ｃ消費される。
とをイ）する燃料電池発電システムの一例を示す系統構
成図であり、燃料電池は単電池としで示す。原イ６ 燃８′ｉ源１より供給される炭火水素系原燃料は、改）
Ｒ器２の中に格納された複数の改質反応管（１木のみ示
す）３内の触媒層４へ導びかれ、ここで改質反応が行な
われ水素に富む改質燃料に改質される。改質された改、
質（然江中に含まれる一酸化炭素は、−酸化炭素変成器
５にて水素と炭（、＠、ガスに変成され、更ｌ二冷却器
６を介して低温媒体８にて冷却された後水分分陥器７に
流入して水分が分熱される。このようにして改質された
改質健料１・主、燃料流侶・調節弁９を介して蚊ト料電
池１０の燃料極室１１に導びかれ、図示しない圧縮機（
二より加用されて空気な室１２に導入された空気中の酸
素と？）で−気イヒ学的に反応し電気を発生する。尚１
１は俗料極、１２目空気極である。燃料′上池１０の燃
料極室１１を通過した改質燃料は、電気化学反応上未反
応の残存改質燃料を含んでいるため、これを先きにやＫ
ベア辻改質器２（１導びき、改質反応に必要な熱を供給
するン゛こめの加熱燃料と［７て利用する。そのため、
未反応の残存燃料を燃料極室１１の出口のアブソーバ１
３を経由して冷却器１４に導びき、低（，１１Ｍ媒体１
７（二で冷却し、残存改質燃料中の水分を水分分離器１
５に−Ｃ分離した後、改質器２のバーナ１６（１導びさ
図示しない前記圧縮機を介して供給される空気と共に燃
焼させる。尚上記空気は燃料電池１０の空気極室１２の
ｔｌｆ：空気を用いてもよい。一方燃料電池１０（二で
発生した電気は、電解液を保持するマトリックス１８の
両側に設けられた燃料極１１及び空気極１２より外部に
３）％びかれ、負荷２１に゛Ｃ消費される。
次に本発明に関わる燃料流量制御装置に使用する制御信
号の検出について第１図にて説明する。
号の検出について第１図にて説明する。
燃料電池１０の出力電流は、電流検出器２２にて検出さ
れる。又（燃料電池１０への供給改質燃料流堡はと景検
出器２３（二で検出される。改質器２の内部温度は複数
の温度検出器２４にて検出される。
れる。又（燃料電池１０への供給改質燃料流堡はと景検
出器２３（二で検出される。改質器２の内部温度は複数
の温度検出器２４にて検出される。
ｋｌ−ヒ本発明に門わる改質器と燃料電池とを有すン、
燃料電池発電システムについてその概賛を述べたが、晩
年５システムの燃料流邦制御に関しては、Ｆ ／４の解
決しなければならないＬｌ Ｍ３４が存在するので、以
下に重要な解決課題について述べる。但し彼達の解決課
題の内（１）〜（４）項は、燃料電池のみをイ１する（
即ち改質器を有しない）燃料電池発電シスラム（二おい
ても生ずる課題であり本発明により本 角ｒ決されることから、発明は改質器を有しｌよい燃△ 斜部；池発電システムにも適用されるものである。
燃料電池発電システムについてその概賛を述べたが、晩
年５システムの燃料流邦制御に関しては、Ｆ ／４の解
決しなければならないＬｌ Ｍ３４が存在するので、以
下に重要な解決課題について述べる。但し彼達の解決課
題の内（１）〜（４）項は、燃料電池のみをイ１する（
即ち改質器を有しない）燃料電池発電シスラム（二おい
ても生ずる課題であり本発明により本 角ｒ決されることから、発明は改質器を有しｌよい燃△ 斜部；池発電システムにも適用されるものである。
解決課題：
（１）燃料電池へ供給される憾料中に含−ｆｉｔシる電
気化学的な反応物質の量と、り３！、科電７０４の出力
′、’ｉ’ｌ：汁との間には、曲り片壬毎蓄］榊（ｔ−
の・？ＷＡ−」すキ出力電流を一定とすると、第２図に
水子−」−うなヂ、（石中の反応物質の利用率に対する
出力室ｒ−（茹４＜Ｉ力算で１められる。ここで反応物
価の利７１−を率はとｒｏ）定ｒ（二基づく 反応物質の利用電−＜（チ）＝ 燃料？■池に供給された反応物流量 ところで燃料？ｉ５：油出力電、流に電気化学ｉ′＋ｒ
＝に当ｊｅｔ Ｏ）反応物質ｎ：は次式（−よりめるこ
とができ−Ｚ−０電気化学的な当量−ｋＩＩ・ｋＥ・■
・ぺｋｕ一単位変換定数 ｋＥ二、ユ久イヒ学的定数 ■二電渡、（アンペーア） Ｎ＝直直列性池 数って燃料電池出力電力を確保するため（二ｔよ、グー
２図に示すＬ？３．以下に反応物質の利用率を−Ｆ６〜
）“て運転する必要がある。言い替えれば、燃料電池に
供給される燃料中の反応物質量を利用率がＬ点以上にな
らないように出力電流のパラメータとして燃料供給量の
下限を確保する必要がある。
気化学的な反応物質の量と、り３！、科電７０４の出力
′、’ｉ’ｌ：汁との間には、曲り片壬毎蓄］榊（ｔ−
の・？ＷＡ−」すキ出力電流を一定とすると、第２図に
水子−」−うなヂ、（石中の反応物質の利用率に対する
出力室ｒ−（茹４＜Ｉ力算で１められる。ここで反応物
価の利７１−を率はとｒｏ）定ｒ（二基づく 反応物質の利用電−＜（チ）＝ 燃料？■池に供給された反応物流量 ところで燃料？ｉ５：油出力電、流に電気化学ｉ′＋ｒ
＝に当ｊｅｔ Ｏ）反応物質ｎ：は次式（−よりめるこ
とができ−Ｚ−０電気化学的な当量−ｋＩＩ・ｋＥ・■
・ぺｋｕ一単位変換定数 ｋＥ二、ユ久イヒ学的定数 ■二電渡、（アンペーア） Ｎ＝直直列性池 数って燃料電池出力電力を確保するため（二ｔよ、グー
２図に示すＬ？３．以下に反応物質の利用率を−Ｆ６〜
）“て運転する必要がある。言い替えれば、燃料電池に
供給される燃料中の反応物質量を利用率がＬ点以上にな
らないように出力電流のパラメータとして燃料供給量の
下限を確保する必要がある。
（２）燃料電池の′電気出力は、電気負荷側の要求によ
り増減される。これ≦１伴ない燃料電池出力電流が増減
されるが、この出力電流と少なくとも電気化学的に当量
の反応物質を含んだ燃料を燃料電池に供給する必要があ
る。実際には（１）項にて述べたように、反応物質の利
用率をある値以上に上げると燃料電池出力Ｕ：圧が低下
し従って／ｉｌ気出力出イド下するから、（１）項に述
べた制限値上・点に余裕値を設け、第２図に示すＮ点に
て燃料供給量を硝・行する必要がある。
り増減される。これ≦１伴ない燃料電池出力電流が増減
されるが、この出力電流と少なくとも電気化学的に当量
の反応物質を含んだ燃料を燃料電池に供給する必要があ
る。実際には（１）項にて述べたように、反応物質の利
用率をある値以上に上げると燃料電池出力Ｕ：圧が低下
し従って／ｉｌ気出力出イド下するから、（１）項に述
べた制限値上・点に余裕値を設け、第２図に示すＮ点に
て燃料供給量を硝・行する必要がある。
（３）第２図において、燃料電池に供給される反応物質
の利用率を必要以上に低下させることは、燃枦１電池を
素通りして、未反応のま＼排出される反応物質の流量を
増加させることを意味し、総合的な燃料電池発電システ
ム効率を低下させる結果となりＱ策でない。従って第２
図に示すＮ点に余裕値αの巾を持ったＭ点以下に利用率
が低下しないよう出力電流のパラメータどして燃料供給
）１゛の上限を確保する必要がある。
の利用率を必要以上に低下させることは、燃枦１電池を
素通りして、未反応のま＼排出される反応物質の流量を
増加させることを意味し、総合的な燃料電池発電システ
ム効率を低下させる結果となりＱ策でない。従って第２
図に示すＮ点に余裕値αの巾を持ったＭ点以下に利用率
が低下しないよう出力電流のパラメータどして燃料供給
）１゛の上限を確保する必要がある。
（４）燃料流−Ｉ調節弁を介１−で燃料γ３：池の４２
ｒ、（料極まで燃料を供給する過程（：目、制御的に見
て各オ・１・の遅れ要素が存在する。従ってｌ、、；′
ｐ料７：５． ／１１．！の１−）（気圧力の急、変に
対する応答性を向上さ４−ｉ−７，ための手段が必要と
なる。
ｒ、（料極まで燃料を供給する過程（：目、制御的に見
て各オ・１・の遅れ要素が存在する。従ってｌ、、；′
ｐ料７：５． ／１１．！の１−）（気圧力の急、変に
対する応答性を向上さ４−ｉ−７，ための手段が必要と
なる。
（５）？（１、気負荷側の裂求市、力が零の状、的、Ｊ
ｅｌｌら燃料電池の電、気圧力が零の状態において、改
９ｆ、、 ４＋ｎ、を停止」二させることなく運転を継
続させた方が、酸１ｉダ器の停止起動Ｃ′−要する時ｊ
７−Ｄが削ｉホＬでき、次σ）電気負荷側の電力増要求
に急速に応答できる。この改質器を運転状態のま＼・６
料電池出力を零とする運転形ヱ１ピを以後「スタンドバ
イ運転」と称する。このスタンドバイ運転時には、改質
器の改ｌ了反応を保持する（二足りるガ′δ粕を燃料電
池を累通りして燃料調節弁Ｃ二て供給する必要がある。
ｅｌｌら燃料電池の電、気圧力が零の状態において、改
９ｆ、、 ４＋ｎ、を停止」二させることなく運転を継
続させた方が、酸１ｉダ器の停止起動Ｃ′−要する時ｊ
７−Ｄが削ｉホＬでき、次σ）電気負荷側の電力増要求
に急速に応答できる。この改質器を運転状態のま＼・６
料電池出力を零とする運転形ヱ１ピを以後「スタンドバ
イ運転」と称する。このスタンドバイ運転時には、改質
器の改ｌ了反応を保持する（二足りるガ′δ粕を燃料電
池を累通りして燃料調節弁Ｃ二て供給する必要がある。
（６）改質器は醇媒層の温度を最適な１触媒反応温度に
保つ必要がある。
保つ必要がある。
（７）燃料調節弁により改質器のバーナ燃料を供給゛づ
−るに至るまでには、燃料電池本体、アブソーバ、水分
分離器及び配管系等の主とし２て体積列累に起因する遅
れ要素が存在する。燃料電池発電システムの電気出力変
化時に、改質器の触媒温度を一足に保持するためにはこ
れらの遅れ要素を考ｉ：′、−。
−るに至るまでには、燃料電池本体、アブソーバ、水分
分離器及び配管系等の主とし２て体積列累に起因する遅
れ要素が存在する。燃料電池発電システムの電気出力変
化時に、改質器の触媒温度を一足に保持するためにはこ
れらの遅れ要素を考ｉ：′、−。
した制御系の設計が必要である。
本発明は、上記の課題を解決丁べく ｆｃされたもので
、上記課題を解決するようにした燃料電池発電システム
の燃料流量制御装置を得ることを目的どするものである
。
、上記課題を解決するようにした燃料電池発電システム
の燃料流量制御装置を得ることを目的どするものである
。
〔発明の概１′？〕
上記［ｊ的を達成するため、本発明に於゛Ｃは、燃料１
１台也と、この燃料電池に？１ｑ気を供給する装置と、
同じく前記燃料電池に供給され前記空気中の酸素と電気
化学反応を行なう水素を貯蔵するタンクとを（？ｉｉえ
た燃料電池発電システムにおいで、前記悠料？χ池の燃
料利用率の上昇（１応じて低下する出力型［ｌｏが所定
値以下とならない利用率の」−限値より所定の余裕値を
見込んだ燃料利甲率を定め、この利用率に相当する（ｋ
料流世を燃料電池の出力゛１Ｆテ流をパラメータとする
関数として発生する閏？、’に ４’ｌ生２、）と、こ
の関数発生器の出力により；：ｒ’ｌ衛ｌさ身シる・Ｌ
゛料原流ター調節弁から構成するもので２１しる。
１台也と、この燃料電池に？１ｑ気を供給する装置と、
同じく前記燃料電池に供給され前記空気中の酸素と電気
化学反応を行なう水素を貯蔵するタンクとを（？ｉｉえ
た燃料電池発電システムにおいで、前記悠料？χ池の燃
料利用率の上昇（１応じて低下する出力型［ｌｏが所定
値以下とならない利用率の」−限値より所定の余裕値を
見込んだ燃料利甲率を定め、この利用率に相当する（ｋ
料流世を燃料電池の出力゛１Ｆテ流をパラメータとする
関数として発生する閏？、’に ４’ｌ生２、）と、こ
の関数発生器の出力により；：ｒ’ｌ衛ｌさ身シる・Ｌ
゛料原流ター調節弁から構成するもので２１しる。
以−ト上述の１果題を解決するための本発明の制御用１
装置の実施例を第２区１〜Ｂｆｓ ９１スｉを参照して
１説明する。不発明（１於ては憾料ｖ；゛量５丁“；節
デー９が最終り：１：０．１１１端であり、この１１″
１１モ・儂に必要な制御信号は図１ｆｉｉの左方より入
力される。尚第５図〜第８図に於”ＣＩｔブ、６ｉ制御
装置の構成要素の中、最終１：ｌ ｆｊｌ 、ｌ、、：
Ｍ＋である健オ、ト流量調節弁９以外で重複する部分シ
ま破線で示すと共に１点ｔｉ！ｉ線で囲み重複しないｊ
’：ｉｉ分と１．、′（別しでいる。
装置の実施例を第２区１〜Ｂｆｓ ９１スｉを参照して
１説明する。不発明（１於ては憾料ｖ；゛量５丁“；節
デー９が最終り：１：０．１１１端であり、この１１″
１１モ・儂に必要な制御信号は図１ｆｉｉの左方より入
力される。尚第５図〜第８図に於”ＣＩｔブ、６ｉ制御
装置の構成要素の中、最終１：ｌ ｆｊｌ 、ｌ、、：
Ｍ＋である健オ、ト流量調節弁９以外で重複する部分シ
ま破線で示すと共に１点ｔｉ！ｉ線で囲み重複しないｊ
’：ｉｉ分と１．、′（別しでいる。
第４図に於て、まず、娼こ科η工池出力′−Ｉに流検出
器２２にて出力電流（Ｑ号３１を肖る。この信−シー１
″３１を］−゛に、定常運転状態（−おける出力″４を
流に対す要求燃Ｘ′−；流量関数を発生する関数発生器
３２にて世相電池プロセスに必要な要求燃料流量指令値
を得、この指令値な例えば電空変換器に与へ燃料流量献
ｊ節弁９を駆動制御する。
器２２にて出力電流（Ｑ号３１を肖る。この信−シー１
″３１を］−゛に、定常運転状態（−おける出力″４を
流に対す要求燃Ｘ′−；流量関数を発生する関数発生器
３２にて世相電池プロセスに必要な要求燃料流量指令値
を得、この指令値な例えば電空変換器に与へ燃料流量献
ｊ節弁９を駆動制御する。
１°力電流に対する要求燃料流量関数の決定方法を第３
図を用いて説明する。第３図に於て直線ａけ８．カル流
に討する電気化学的消量の燃料流量を示−４関数である
。又、曲線すは改質器の触媒Ｉθン品度をフル、定温１
（Ｆに仰持する為（−必要な（チー沿、電池の入口付８
−１糾成（−あ・ける焔料流泣を示す閏芙Ｊである。
図を用いて説明する。第３図に於て直線ａけ８．カル流
に討する電気化学的消量の燃料流量を示−４関数である
。又、曲線すは改質器の触媒Ｉθン品度をフル、定温１
（Ｆに仰持する為（−必要な（チー沿、電池の入口付８
−１糾成（−あ・ける焔料流泣を示す閏芙Ｊである。
ここで注目すべきことは、燃料室２池出力電流か零の前
＋７．於いても、改質器の触媒温度乞規定値Ｃ二保］寺
するためＣ二は由】紛すに示す複然和をイ；七給するヅ
妥があることである。即ちスタンドバイ運転時には曲線
すでノｌくずす′読ネ：（υχ１；−をＩＬ給すること
により改り器を停止）、することなく運転用′続が可能
である。以上のことより、出力（８，流に対する要求が
刺流語・関数を示す曲Ｐは、直線ａと曲線すとを力ｐえ
た曲線Ｃにて示される関敬としてめることができる。
＋７．於いても、改質器の触媒温度乞規定値Ｃ二保］寺
するためＣ二は由】紛すに示す複然和をイ；七給するヅ
妥があることである。即ちスタンドバイ運転時には曲線
すでノｌくずす′読ネ：（υχ１；−をＩＬ給すること
により改り器を停止）、することなく運転用′続が可能
である。以上のことより、出力（８，流に対する要求が
刺流語・関数を示す曲Ｐは、直線ａと曲線すとを力ｐえ
た曲線Ｃにて示される関敬としてめることができる。
ζつしてめられた出力部１流に対する要求溶料流量の関
数は、反応物質利用率を第２図に示すＮ点（例えば７０
幅）として出力電流をノくラメークとする第３図に於け
る曲線ｄを下側に割り込まないよう設定する。第３図に
は糎１り込まない場合を示したが割り込Ｘ７だ場合は曲
線Ｃと曲Ｍｄの冒値側を選択し出力電流に対する要求炉
料流セの律令（ｉとする。
数は、反応物質利用率を第２図に示すＮ点（例えば７０
幅）として出力電流をノくラメークとする第３図に於け
る曲線ｄを下側に割り込まないよう設定する。第３図に
は糎１り込まない場合を示したが割り込Ｘ７だ場合は曲
線Ｃと曲Ｍｄの冒値側を選択し出力電流に対する要求炉
料流セの律令（ｉとする。
ニ一方燃料電池出力要求が急速に変化した（５合には、
怖；料電５池の出力電流も出力要求と同様に疫什すると
とを捉え、第５図に示すように、Ｗ１数発生器３２に並
列に設けらλまた微分ブロック３３に出力電流信号３１
を入力して、出力電流の変化速度ｌ二比例する景を得、
これを要求燃料流−世指令値（二加／ｙＴプ）ロック３
４にて加算し修正要求燃料流量指令値３５を得、・ｊ外
料流丹鼎節弁９への制御指令とする。こうすることによ
り作粕電池出力及び燃料改質？場の外部ｍ：気負負荷変
動対する応答性を向上させることができる。数分ブロッ
ク３３は１＾能的（二変化速ＩＷを検知できろものであ
れば良く、従一つで−Ｔ” Ｎ： Ｉ−示す不完全微分
又はディジクル演勢等において行な但しに：不完全微分
ゲイン Ｔ：不完全微分時定数 Ｓニラプラス演算子 次に改質器触媒層４の温度制御について第６図を用いて
説明する。触媒層４の温度は渇ＩＪ３′検出器２４にて
検出される。第６図では３点の検出器を示しブ、−が、
必要に応じて検出器数を増減する。検出さ７ｕた触媒層
温度は平均化ブロック３６にて平均温度が算出される。
怖；料電５池の出力電流も出力要求と同様に疫什すると
とを捉え、第５図に示すように、Ｗ１数発生器３２に並
列に設けらλまた微分ブロック３３に出力電流信号３１
を入力して、出力電流の変化速度ｌ二比例する景を得、
これを要求燃料流−世指令値（二加／ｙＴプ）ロック３
４にて加算し修正要求燃料流量指令値３５を得、・ｊ外
料流丹鼎節弁９への制御指令とする。こうすることによ
り作粕電池出力及び燃料改質？場の外部ｍ：気負負荷変
動対する応答性を向上させることができる。数分ブロッ
ク３３は１＾能的（二変化速ＩＷを検知できろものであ
れば良く、従一つで−Ｔ” Ｎ： Ｉ−示す不完全微分
又はディジクル演勢等において行な但しに：不完全微分
ゲイン Ｔ：不完全微分時定数 Ｓニラプラス演算子 次に改質器触媒層４の温度制御について第６図を用いて
説明する。触媒層４の温度は渇ＩＪ３′検出器２４にて
検出される。第６図では３点の検出器を示しブ、−が、
必要に応じて検出器数を増減する。検出さ７ｕた触媒層
温度は平均化ブロック３６にて平均温度が算出される。
又は触媒層のネぶ数の６．Ｍ度検出器のＪ′ｌン高温ｊ
反を制御したいときは、平均化ブロックの代りに最大値
選４尺ブロックと置き替えるか、若しぐは（〆１１示は
しないが平均化ブロックと最大重［５選択一７゛ロツク
とを共に設け、平均化ブロック出力を通常時の制御に用
い、最大値選択ブロック出力が規５．７ ？ｊ７ａ度を
越えた場合にのみ温度制御に抑制をかけ７！１ｍ度最大
値が規定ｆ晶度を越えないようにする制御方式としても
良い。このようにし７て処理された爽、温度信号は減ｎ
−ブロック３７に入力され、他方の入力温度設定値Ｔｏ
との差分がとられ、次段のＰＩＤ演算器３８に入力され
る。ＰＩＤ演算器出力３９は改質器２の触媒層の温度を
規定温度に一定に保つために必要な改質器２への燃料流
量： １ｉｒｌｉ御信号とみなすことができる。
反を制御したいときは、平均化ブロックの代りに最大値
選４尺ブロックと置き替えるか、若しぐは（〆１１示は
しないが平均化ブロックと最大重［５選択一７゛ロツク
とを共に設け、平均化ブロック出力を通常時の制御に用
い、最大値選択ブロック出力が規５．７ ？ｊ７ａ度を
越えた場合にのみ温度制御に抑制をかけ７！１ｍ度最大
値が規定ｆ晶度を越えないようにする制御方式としても
良い。このようにし７て処理された爽、温度信号は減ｎ
−ブロック３７に入力され、他方の入力温度設定値Ｔｏ
との差分がとられ、次段のＰＩＤ演算器３８に入力され
る。ＰＩＤ演算器出力３９は改質器２の触媒層の温度を
規定温度に一定に保つために必要な改質器２への燃料流
量： １ｉｒｌｉ御信号とみなすことができる。
一方改質器２に至る惚Ｓ料流路系には岸ｆ決課題の（７
）にて先きに述べた各種の遅れ要素が≧ｅ、在する。
）にて先きに述べた各種の遅れ要素が≧ｅ、在する。
この遅れ要素を補償するための制御系の対策を？Ｆ７図
に述べる。・廓料電池入口側での燃料流量はかＣ景検出
器２３にて検出される。他方燃料′重油にて消費される
燃料は係数ブロック４０ｒ二て出力゛巾、流の係数倍と
してめられる。これら２つの信号なｎ、↓）、基ブロッ
ク４１（二て久二分をとり帰刺′爪）也出口（ｉｌｌに
おける残存燃料流量信号４２を得る。この残存燃料流、
：ｉｌ、ｉ’倍信号減算器４５にてＰＩＤ演算器３８
の１８力３９と差分演算を行なった後、燃料電池から改
質器バーナ１６に至るまでの流路内体積により決定され
る精分係数を有する積分ブロック４３にて伊分さオする
。この積分ブロック４３の出力４４は煙刺電池から改質
器バーナＣ二至るまでの流路内体積Ｃ二対する炉別７１
１１充ているときに１０の出力となるよう親、定する。
に述べる。・廓料電池入口側での燃料流量はかＣ景検出
器２３にて検出される。他方燃料′重油にて消費される
燃料は係数ブロック４０ｒ二て出力゛巾、流の係数倍と
してめられる。これら２つの信号なｎ、↓）、基ブロッ
ク４１（二て久二分をとり帰刺′爪）也出口（ｉｌｌに
おける残存燃料流量信号４２を得る。この残存燃料流、
：ｉｌ、ｉ’倍信号減算器４５にてＰＩＤ演算器３８
の１８力３９と差分演算を行なった後、燃料電池から改
質器バーナ１６に至るまでの流路内体積により決定され
る精分係数を有する積分ブロック４３にて伊分さオする
。この積分ブロック４３の出力４４は煙刺電池から改質
器バーナＣ二至るまでの流路内体積Ｃ二対する炉別７１
１１充ているときに１０の出力となるよう親、定する。
即ｒ、 ６ｇ料補充引が不足する場合には積分ブロック
４３の出力４４ ＋ｉ １．ｏ以下の値となり、僻料補
充量が過多の場合には］、ＯＪＵ上の値をとる。この積
分ブロック４３への入力は先き（＝述べた減算器４５の
出力であるが、燃料室７：Ｌ総排出ガス中に占める残存
有効蚊１：料の体梧比が燃料電池の出力電流をパラメー
タとげ〜る儒刺利用率の焚化に伴なって変化するので関
数発生器４６にてその積分ブロックでの精分時間なイ・
鳴止する係数を定め掛算器４７（二て減算器４５の出力
ｃ ８ｊ ｋｔてイト正する。９５７図では関数発生器
４６の基準変数として出力電流に起因する信号を用いた
が、本発明の変形例として英流量信号又は制御系のん終
出力である燃ｆ１流量指令値を用いても良し）。先きに
述べた積分ブロック４３の出力４４はリセットワインド
アップ防止ロジック４９にてその値を常に監視されその
出力がＯ以下、１．０＋α以上になる場合は切替ブロッ
ク５０にて按分器の入力を強制的に零とするいわゆる積
分器のリセットワインドアップ防止機能を司さどる。又
、燃料電池発電プラントの停市時は系内が不活性ガス等
により残存燃料の排出（パージ）が行なわれるため積分
ブロック４３の積分値は強制的に零にリセットする。
４３の出力４４ ＋ｉ １．ｏ以下の値となり、僻料補
充量が過多の場合には］、ＯＪＵ上の値をとる。この積
分ブロック４３への入力は先き（＝述べた減算器４５の
出力であるが、燃料室７：Ｌ総排出ガス中に占める残存
有効蚊１：料の体梧比が燃料電池の出力電流をパラメー
タとげ〜る儒刺利用率の焚化に伴なって変化するので関
数発生器４６にてその積分ブロックでの精分時間なイ・
鳴止する係数を定め掛算器４７（二て減算器４５の出力
ｃ ８ｊ ｋｔてイト正する。９５７図では関数発生器
４６の基準変数として出力電流に起因する信号を用いた
が、本発明の変形例として英流量信号又は制御系のん終
出力である燃ｆ１流量指令値を用いても良し）。先きに
述べた積分ブロック４３の出力４４はリセットワインド
アップ防止ロジック４９にてその値を常に監視されその
出力がＯ以下、１．０＋α以上になる場合は切替ブロッ
ク５０にて按分器の入力を強制的に零とするいわゆる積
分器のリセットワインドアップ防止機能を司さどる。又
、燃料電池発電プラントの停市時は系内が不活性ガス等
により残存燃料の排出（パージ）が行なわれるため積分
ブロック４３の積分値は強制的に零にリセットする。
以上述べた燃料補充量を示す信号４４は残存燃料流量信
号４２と用算器５１にて掛算され改質器バーナ燃料流量
信号の予想値５２を得る。この信号は減算器５３にて先
きに述べたＰＩＤ演算器３８の出力伯°号３９と差分演
ｍされカスケード演算器５４を介して改質器の触媒層温
度を一定に保つための燃料流１片補正′ｔｉｉ−５５を
得る。
号４２と用算器５１にて掛算され改質器バーナ燃料流量
信号の予想値５２を得る。この信号は減算器５３にて先
きに述べたＰＩＤ演算器３８の出力伯°号３９と差分演
ｍされカスケード演算器５４を介して改質器の触媒層温
度を一定に保つための燃料流１片補正′ｔｉｉ−５５を
得る。
第８図において燃料流量補正−叶５５は、ｌ１ｉＴ述の
修正要求燃料流量指令値３５と加算器５６にて加算され
総合燃料温片指令値５７を作り、次段の減算器５８（二
て実流量と差分演算を行なった後Ｐ１．Ｄ演Ｊｌ？？！
５９にて健料流量制御指令値を得る。この指令値は次段
の上下限制限器ブロック６（）にて上限及び下限のリミ
タ） ＵＬ 、 ＬＴ、を付された後、燃料流量調節弁
９への制御指令となる。下限制限値ＬＬは第３図の直線
ｅに示すように第２図のＬ点を燃料電池の出力電流をパ
ラメータとする関数にて表現され第８図の関数発生器６
１にて与える。又、上限制限値ＵＬは第２図のＭ点を燃
料電池出力電流をパラメータとして表わした第３図の直
線ｆと出力電流に対する要求燃料流量関数を示１−曲線
Ｃの両関数の高値側（−設定する。第８図では出力電流
に対する請求燃料流量指令関数発生器３２の出力に加算
器６２により定数Ｃを加乏−て上限制限関数をめている
。
修正要求燃料流量指令値３５と加算器５６にて加算され
総合燃料温片指令値５７を作り、次段の減算器５８（二
て実流量と差分演算を行なった後Ｐ１．Ｄ演Ｊｌ？？！
５９にて健料流量制御指令値を得る。この指令値は次段
の上下限制限器ブロック６（）にて上限及び下限のリミ
タ） ＵＬ 、 ＬＴ、を付された後、燃料流量調節弁
９への制御指令となる。下限制限値ＬＬは第３図の直線
ｅに示すように第２図のＬ点を燃料電池の出力電流をパ
ラメータとする関数にて表現され第８図の関数発生器６
１にて与える。又、上限制限値ＵＬは第２図のＭ点を燃
料電池出力電流をパラメータとして表わした第３図の直
線ｆと出力電流に対する要求燃料流量関数を示１−曲線
Ｃの両関数の高値側（−設定する。第８図では出力電流
に対する請求燃料流量指令関数発生器３２の出力に加算
器６２により定数Ｃを加乏−て上限制限関数をめている
。
その関数は第３図に曲線ｇとして示される。
以上述べた発明をまとめて表記すると２３９図どなる。
不発明の変形例として第９図中に１点鎖紳にて囲Ｘ、だ
内側の制御ブロックを全て除き、代りに加算器５６への
入力信号としてＰＩＤ演算器３８の出力３９を直接入力
する方式も可能である。この場合Ｉ’ＩＤ演算器３８の
出力３９は改質器の触ｌＩ′Ｊ′層温度を規定湿度に保
つための燃料流量補正量を意味する。
内側の制御ブロックを全て除き、代りに加算器５６への
入力信号としてＰＩＤ演算器３８の出力３９を直接入力
する方式も可能である。この場合Ｉ’ＩＤ演算器３８の
出力３９は改質器の触ｌＩ′Ｊ′層温度を規定湿度に保
つための燃料流量補正量を意味する。
す、上水発明について詳細に説明したが、本発明に依れ
ば、燃料利用率を余裕を見込んで設定し、この利用率に
より燃料流量を制御するようにしたから當に燃料供給量
の下限を確保できる惚旧流量制御が可能となる。又燃料
流量の制御ｆにとして燃料電池の出力電流の変化速度に
応する惜を得、こ才ｔを流量制御のための補正量として
用いるようにしたから、１゛４ｊ気出力の急変に対する
燃料（Ｊｌ、給の応４性を向上さぜることかできる。
ば、燃料利用率を余裕を見込んで設定し、この利用率に
より燃料流量を制御するようにしたから當に燃料供給量
の下限を確保できる惚旧流量制御が可能となる。又燃料
流量の制御ｆにとして燃料電池の出力電流の変化速度に
応する惜を得、こ才ｔを流量制御のための補正量として
用いるようにしたから、１゛４ｊ気出力の急変に対する
燃料（Ｊｌ、給の応４性を向上さぜることかできる。
第１図は本発明が適用される燃料電池発電システムの一
１］１１を示Ｔ概１ｉ裟統槽成図、第２図はｉ熱料′電
池の反応物質利用率と出力電圧との関係を示す曲線口、
第３図は俊２料電池出力電流と男−求弥料７Ｉｉｆ。 Ａ１゛との関係を示す曲線口、第４図、第５図は友ν本
発明の異なる実施例を示すブロック図、第６１ｘ１、第
７図は本発明に使用する制御装置を肋間するためのブロ
ック図、第８区１．第９図は夫々本発明の異なる実施例
を示すブロック図１である。 １ 原燃料源、２・改質器、９・・燃料流量調節弁１０
・燃料電池、２２・・・電流検出器、３２・・・関数発
生器、３３・・微分ブロック３４・加算ブロック 第２図 第３図 ズ；５Ｈ１ｑ＠ニゼ乙工ｎ唱を５Ａ−（（Ｉ ）第４図 第５図 第６図
１］１１を示Ｔ概１ｉ裟統槽成図、第２図はｉ熱料′電
池の反応物質利用率と出力電圧との関係を示す曲線口、
第３図は俊２料電池出力電流と男−求弥料７Ｉｉｆ。 Ａ１゛との関係を示す曲線口、第４図、第５図は友ν本
発明の異なる実施例を示すブロック図、第６１ｘ１、第
７図は本発明に使用する制御装置を肋間するためのブロ
ック図、第８区１．第９図は夫々本発明の異なる実施例
を示すブロック図１である。 １ 原燃料源、２・改質器、９・・燃料流量調節弁１０
・燃料電池、２２・・・電流検出器、３２・・・関数発
生器、３３・・微分ブロック３４・加算ブロック 第２図 第３図 ズ；５Ｈ１ｑ＠ニゼ乙工ｎ唱を５Ａ−（（Ｉ ）第４図 第５図 第６図
Claims (3)
- （１）燃料電池と、この燃料電池に空気を供給する装置
ど、同じく前記燃料電池に供給され前記空気中の酸素と
電気化学反応を行なう水素を貯蔵するタンクとを備えた
燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池の燃料利
用率の上昇に応じて低下する出力′電圧が所定値以下と
ならない利用率の上限値より所定の余裕イ「１を見込ん
だ燃料利用率を定め、２二の利用率（二相当する燃料流
購を燃料電池の出力′１□に流をパラメータとする関数
として発生する関数発生器と、この関数発生器の出力に
より制御される伝浩流量調節弁とから成る燃料電池の建
材流量制御装置。 - （２）燃料電池と、この燃料電池に空気を供給する装置
と、同じく前記燃料電池に供給され前記空気中の酸素と
電気化学反応を行なう水素を原燃料より得る燃料改質器
とを備え、燃料電池の排出残存燃料を前記原弥料より水
素を禮るための燃料改質器の加熱燃料として使用する燃
料電池発電システムに於て、建材電池出力ＷＥ流から沈
まる電体化学的当量の燃料電池出力電流鄭と前記４．−
ジオ・１改ゲｆ器の温度を所定値（１保つのに・ン要な
燃料流Ｆ：を４Ｓ料年１池出力電簾、゛・？パラメータ
とする閏ｆｊ、ｒと１−１て名各別個に発生する第１、
第２の関数今生２゛：と、これらの閂！２発生器の出力
を加算する加算器と、■）ｉｆ記燃料電池の燃料利用率
の上Ｈに応じて低下する出力電圧が所定イｌへ以下とな
らない利用”ｔ’の上限値より所定の余裕値を見込んだ
４（、＞料利用＞１．’＜を穴め、このオｌ」用量に相
当する燃料流冷゛を？ｇ ｉｌ、 ７’、％ ？ｌ！ｔ
の出力電流をパラメークとする関数として発生ずる閏Ｗ
発生器と、この関数発生器の出力と前記加算器の出力と
の高値側を選択する選択装置と、この選択装置の出力に
より制御される燃料流量調節弁とから成る燃料電池の燃
料流量制御装置。 - （３） 燃料電池出力電流の微分、不完全微分又は差分
演算により出力電流の変化速度に応する号を得、これを
前記関数発生器の出力に加算するようにした特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の燃料電池の燃料流量制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58163316A JPS6056374A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58163316A JPS6056374A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6056374A true JPS6056374A (ja) | 1985-04-01 |
Family
ID=15771514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58163316A Pending JPS6056374A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | 燃料電池の燃料流量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6056374A (ja) |
Cited By (11)
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| NL1003042C2 (nl) * | 1996-05-06 | 1997-11-07 | Stichting Energie | Werkwijze voor het bepalen van het debiet van reactanten in elke cel van een electrochemische celstapeling. |
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1983
- 1983-09-07 JP JP58163316A patent/JPS6056374A/ja active Pending
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