JPH02197058A - 改質触媒温度制御方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、メタン、メタノールあるいはナフサ等の改質
原料から改質器によって水素ガスを得て、燃料電池へ供
給し、発電する燃料電池発電装置における改質触媒温度
制御方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

第６図に示す従来の改質触媒温度制御装置は、改質原料
および燃料空気の供給量を制御することによって、改質
触媒の温度を制御しようとするものである。

改質器１には、メタノールおよび水の混合物のような改
質原料が原料ポンプ２を通して穆送され、改質反応が行
なわれて水素ガスが生成される。生成された水素ガスは
燃料電池（ＦＣ）３に供給される。　ＦＣ３において発
生した直流電力は、例えばインバータの形態の変換装置
４で交流電力に変換され、負荷５に供給される。

改質原料の改質は、例えばＦｅとＣｕの合金のような改
質触媒６を所定の値にまで昇温させた後に、改質原料を
改質器１に送り込むという方法で行なわれる。粒状の改
質触媒６は中空円筒状の改質反応管７に充填されている
。改質触媒６は改質器バーナ８により、例えば油などの
ような熱媒を介して加熱される。改質器バーナ８にはＦ
Ｃ３において未反応の改質ガスがオフガスとなり燃料と
して供給される。燃焼空気は燃焼空気ブロア９を通して
供給される。

改質器１における改質反応温度、すなわち改質触媒６の
温度は、例えば熱電対の形態の温度検出器１１によって
検出される。

検出された温度信号１０１は、可変抵抗器の形態の温度
設定器１２に設定された設定温度値との偏差がとられる
。温度検出器１１によって検出された温度が設定温度値
よりも低いときに上述の偏差の信号１０２が温度調節器
（ＣＴ、）１３に人力され、増幅される。

ＦＣ３からは負荷５の値に対応した電流が出力され、こ
のＦＣ出力電流は変流器の形態の電流検出器１４によっ
て検出される。電流検出信号１０３は増幅器の形態の負
荷調節器（ＣＴ２）　１５において増幅される。負荷調
節器１５はＦＣ３からの出力電流を、供給すべき改質原
料および空気量に変換するための調節器である。負荷５
の増加に伴ってＦＣ３からの出力電流が増加するが、改
質反応が吸熱反応であるために改質触媒６の温度が低下
する。

温度調節器１３から出力される増幅信号１０４および負
荷調節器１５から出力された増幅信号１０５は、チョッ
パの形態の原料ポンプ制御器（ＣＴ３）　１８およびブ
ロア制御器（ＣＴ４）　１７に入力される。ポンプ制御
器１６およびブロア制御器１７は原料ポンプ２および燃
焼空気ブロア９の直流モータに印加する電圧を変化させ
るような制御を行ない、原料ポンプ２および燃焼空気ブ
ロア９のモータ回転数の変化によって改質器１に供給さ
れる原料および空気の量を変化させる。すなわち、負荷
５の変化あるいは改質触媒６の温度変化に応じて、改質
原料および燃焼空気の供給量が変化し、改質触媒６の温
度が一定となるような制御が行なわれる。

なお、燃料電池発電システム全体の制御は、不図示の中
央コントローラに設けられているメモリに記憶されてい
る制御プログラムに従って行なわれ、温度調節器１３、
負荷調節器１５、原料ポンプ制御器１６および燃焼空気
ブロア制御器１７はそれらの制御と連動している。

第７図に示す従来の改質器触媒温度制御装置は、助燃料
および燃焼空気の供給量を制御することによって、改質
触媒の温度を制御しようとするものである。第７図にお
いて第６図と同様の個所には同一の符号を付す。１０は
助燃料ポンプであり、Ｆｅ２から改質器バーナ８に供給
されるオフガスだけでは足りない分の燃料が助燃料ポン
プｌＯを通して改質器バーナ８に供給される。

温度調節器１３から出力された信号１０４は助燃料ポン
プ１０および燃焼空気ブロア制御器１７に人力される。

負荷調節器１５から出力された信号１０５は原料ポンプ
制御器１６および燃焼空気ブロア制御器１７に人力され
る。

原料ポンプ２を通して改質器１に供給される改質原料量
は、原料ポンプ制御器１６を介し信号１０５によって制
御される。

信号１０４によって助燃料ポンプｌＯの直流モータの回
転数が変化し、助燃料ポンプ１０を通して改質器バーナ
８に供給される助燃料量が変化する。

燃焼空気ブロア９を通して改質器バーナ８に供給される
空気量は、燃焼空気ブロア制御器１７を介し信号１０４
あるいは１０５によって制御される。改質器バーナ８に
供給される燃焼空気は、改質触媒６の温度変化に対応し
て供給される助燃料量を補正する役割りを果たす、この
ように、改質触媒６の温度が一定となるような制御が行
なわれる。

（発明が解決しようとするｉｌｌり 第６図から判るように、負荷５に必要な燃料電池の出力
を得るために、改質器１はこれに見合う水素ガスを発生
する必要がある。すなわち、基本的には燃料電池の出力
電流に応じ改質原料供給の増減制御を行うことになる。

一方、改質器１における触媒反応は吸熱反応であるため
、反応が進行すると改質触媒６の温度が下がることにな
る。この様子を第８Ａ図、第８Ｂ図および第８Ｃ図に示
す。

第８Ａ図に示すポンプ２で、負荷５に見合う量の改質原
料を改質器１内の改質反応管７の入口から投入すると、
改質触媒６と改質原料とによる触媒反応が進行し、改質
反応管７の出口から水素ガスが出て来るが、軽負荷のと
き、すなわち改質器１への改質原料の供給量が少ないと
きは、Ａ点付近で触媒反応が起こり、負荷５が大きくな
るにつれ改質器１への改質原料の供給量が増加するので
、改質反応管７に充填されている改質触媒６の全体で反
応していくようになる。

従って、第８８（］に示すように、Ａ点、Ｂ点および０
点における改質触媒６の温度ＴＡ　、　ＴａおよびＴ。

は負荷５に応じ変化して行く。第８Ｂ図において符号２
５，５０．７５および１．００で示す曲線は、それぞれ
負荷５が定格の２５％、５０％、７５％および１００％
のときの改質反応管７内における反応位置と温度との関
係を示す、上述のように触媒反応は吸熱反応であるため
、改質触媒６の温度は負荷５が犬きくなると低下してい
くことになる。

第８Ｃ図に示すように負荷５とＡ点、Ｂ点および０点に
おける温度との関係は、Ａ点は改質器バーナ８の直近で
あるため、負荷が小さいときは改質触媒６の温度が高く
なり、負荷５が大きいときは触媒反応が進行して改質触
媒６の温度が砥くなるというように、比較的温度変化が
大きい点である。Ａ点−Ｂ点→Ｃ点と改質反応管７の下
方になる程、負荷５による改質触媒６の温度変化が小さ
くなる傾向を示す。

このように改質器１内における触媒反応は吸熱反応であ
るため、負荷５が大きい程改質触媒６の温度が低下して
いくという現象がみられるが、従来方法においては、触
媒温度を一定に保とうとするような制御が行なわれるた
めに、以下のような問題点があった。

■　反応により触媒温度温度が低下するために、触媒温
度を一定に制御しようとすると、余分な改質原料を改質
器１に投入しなければならない、改質原料を投入しない
と第９図に示す曲線Ｐのように触媒温度が低下していく
。改質原料の投入量を増加させることによってオフガス
量を増加させると、第９図に示すように燃料空気量も増
加させなければならないので、プラントの効率低下をま
ねく。

■　第９図に示すように、上述の■のように触媒温度を
一定にしようとして改質原料の投入量を増加すると、さ
らに触媒温度が低下して行くようになり、正帰還におい
ては発掘が起こるという制御原理から改質触媒６の温度
制御が不安定となるため、触媒温度変化が大きくなって
触媒の劣化につながる。

■　負荷５が低下したとき、負荷低下直前はバーナ燃焼
熱量が大きいので、第９図に示すように触媒温度がオー
バーシュートし触媒の劣化、すなわち触媒の寿命の短縮
につながる。

■　改質触媒６の温度変化時定数は非常に大きく（数分
〜数十分）、かつ第８Ａ図に示したＡ点、Ｂ点および０
点で大きな差がある。すなわち、Ａ点に近いほど温度変
化が速く、０点に近いほど遅い。このため、改質触媒６
の温度を一定に制御しようとしても、触媒温度の検出遅
れのために精度のよい制御を行なうことができない。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、改質触媒の温度
制御を高精度で行なうことができる方法および装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） このような目的を達成するために、本発明は、負荷に供
給される燃料電池からの出力電力を得るために、燃料電
池に供給される改質ガスを触媒反応によって生成する際
の改質触媒温度制御方法において、触媒反応に用いる改
質触媒の温度を検圧し、負荷に供給される燃料電池から
の電流を検出し、負荷と触媒温度との関係に基づいて、
負荷に対応して触媒温度の設定値および設定値に基づく
温度制御領域を設定し、設定値と検出された触媒温度と
の偏差を算出し、算出された偏差が温度制御領域内に達
したときに触媒の温度制御を行なうことを特徴とする。

また、本発明は、負荷に供給される燃料電池からの出力
電力を得るために、前記燃料電池に供給される改質ガス
を触媒反応によって生成する改質装置において、前記触
媒反応に用いる改質触媒の温度を検出する第１検出手段
と、前記負荷に供給される前記燃料電池からの電流を検
出する第２検出手段と、前記負荷と前記触媒温度との関
係に基づいて、前記負荷に対応して前記触媒温度の設定
値および該設定値に基づく温度制御領域を設定する設定
手段と、前記設定値と前記検出された触媒温度との偏差
を算出する算出手段と、該算出された偏差が前記温度制
御領域内に達したときに前記触媒の温度制御を行なう温
度制御手段とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、負荷に応じて改質触媒の設定温度を変
更し、その設定温度付近に触媒温度が到達した時点で改
質触媒の温度制御を開始することにより、触媒反応によ
って低下した触媒温度を設定温度へ戻すために改質器バ
ーナを余分に燃焼させる必要がないのでプラントの効率
が向上する。

また、触媒温度の変化量を小さくすることができるので
触媒が劣化するのを防止することができる。さらに、改
質触媒の熱時定数が大きいことに起因して起こる温度変
化の遅れによる制御不安定も回避することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

罠五蛋ユ 第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図および第１Ｄ図は本発明
の第１の実施例の構成を示す。第２図は本発明の第１の
実施例のタイムチャートを示す。第１の実施例は触媒の
温度制御を改質原料および燃焼空気で行なう例を示す。

第１Ａ図において第６図および第７図と同様の個所には
同一の符号を付す。

負荷５が増加すると、燃料電池（ＦＣ：）３からの出力
電流も増加する。ＦＣ３からの出力電流を電流検出器１
４で検出し、この検出信号１０３を負荷調節器１．５（
ＣＴ、）　に人力する。第２図に示すように、負荷５が
増加すると、ＦＣ３からの出力電流が増加する。負荷調
節器１５で増幅された信号１０５は燃焼空気ブロア制御
器１７　（（：Ｔ、）および原料ポンプ制御器１６　（
ＣＴｘ）によフて燃焼空気ブロア９および原料ポンプ２
のモータを、負荷５に見合う量の改質原料および燃焼空
気を供給するのに必要な回転数に制御し、所定の改質原
料および燃焼空気量を改質器１へ供給する。

第１Ｂ図は上述の原料ポンプ制御器１６および燃焼空気
ブロア制御器１７の構成を示す。第１Ｂ図において、３
１および３２は演算器であり、それぞれ原料ポンプ２お
よび燃焼空気ブロア９の制御を行なうための演算を行な
う。第１Ｃ図は演算器３１の構成を示し、第１Ｄ図は演
算器３１による制御手順の一例を示も 第ｉｃ図において、３１Ａは（：Ｐｔｉ　（中央演算処
理装置）の形態の関数発生器である。３１Ｂは演算増幅
器であり、３１Ｃは抵抗である。演算器３１は加算器２
１から入力された（信号１１５）値を基準とし、関数発
生器３１Ａによって任意の関数のｖＰを得るようになっ
ている。

演算器３１による制御手順を第１Ｄ図のフローチャート
に従って説明する。ステップＳ１において、加算器２１
から入力された（信号１１５）値が１％以上であるか否
かを判定し、１％以下ならＶ。

＝ＶＰＩ・である電圧信号Ｖ、をパルス幅変調器３４に
出力する。（信号１１５）値が１％以上ならステップＳ
２に移り、（信号１１５　）値が２％以上であるか否か
を判定する。以下、同様にステップＳ　（ｎ−１）まで
順次に（信号１１５）値の判定を行ない、この判定に従
った電圧信号ＶＰをパルス幅変調器３４に出力する。

以上は、原料ポンプ２を動作させるための電圧信号ｖＰ
を得る場合についての説明であるが、燃焼空気ブロア９
を動作させるための電圧信号Ｖ、を得る場合も同様であ
る なお、（信号１１５）値および（信号１１δ）値に電圧
ｖＰおよびＶ、が直線比例することはなく、Ｖ　Ｐ　３
ｔ＋’　（信号１１５）およびＶａ＝ｆｚ・（信号１１
！！　）となるので、ｖＰはＧＰ［ｌ３１Ａにおいて、
Ｖ、は演算器３２を構成するｃｐｕ　（不図示）におい
てこれらを算出するという方法をとることもできる。

第１Ｂ図において、３４および３５はパルス幅変調器で
あり、それぞれ鋸歯状波信号を発振する発振器３４Ａ、
３５＾、コンパレータ３４Ｂ、３５Ｂおよびパルス発生
器３４Ｇ、３５（：よりなる。コンパレータ３４Ｂ、３
５Ｂはそれぞれ鋸歯状波信号のレベルが、各演算器３１
．３２より人力される電圧信号のレベルを越えたときに
比較出力を発生する。パルス発生器３４Ｃ１３５Ｇは各
コンパレータの出力に応じて矩形波パルスを発生する。

３７および３８は大電力用バイポーラトランジスタある
いはパワーＭＯ５ＦＥＴなどの形態のパワー素子であり
、各パルス発生器３４（：、３５Ｃからの出力パルスに
よって駆動される。

演算器３１および３２から出力された電圧信号Ｖ、およ
びＶＢはそれぞれコンパレータ３４Ｂおよび３５Ｂに入
力される。各パルス発生器３４Ｇ、３５Ｇから発生する
パルスの幅は各電圧信号のレベルに応じて決定される。

各パルス発生器３４Ｃ，３５Ｃ：において発生したパル
スはＰＷＭ信号として、各パワー素子３７．３８に送出
される。各発振器３４＾、３５Ａから発生される鋸歯状
波信号の周波数が、各パワー素子３７．３８のスイッチ
ングの周波数となる。

パルス発生器３４Ｇおよび３５Ｇにおいて発生するパル
スは後述する燃料電池部７からの出力電力が小さいとき
、すなわち（信号１１５）値および（信号１１６）値が
小さいときにパルス幅が狭く、従ってパワー素子３７お
よび３８が導通している時間が短いので、原料ポンプ２
および燃焼空気ブロア９をそれぞれ駆動させるための駆
動モータ（不図示）の回転数が少なくなり、これに伴り
てＮ料および空気の供給も少量ですむ。

これに対して、燃料電池部７からの出力電力が大きいと
きには、パルス発生器３４Ｇおよび３５ｃにおいて発生
するパルスのパルス幅が広くなり、従って上述の場合と
は逆に、原料および空気の供給量が多くなる。

このように、パルス幅変調器３４および３５から出力さ
れるＰＷＭ信号によるパワー素子３７および３８のスイ
ッチングによって、原料ポンプ２および燃焼空気ブロア
９を駆動する駆動モータの電圧ＶＰおよびＶＢを変化さ
せることにより、ポンプ２およびブロア９の制御が行な
われる。

例えば第８Ａ図に示したＡ点の温度を基準として改質触
媒６の温度を制御しようとする場合は、第８Ｃ図に示し
た負荷対触媒温度変化特性のデータを温度設定器１８　
（ＣＴＳ）に、あらかじめ設定しておくと、温度設定器
１８からは負荷５が増加したことによって、改質触媒６
におけるＡ点が到達するであろう温度の指令信号１０Ｂ
を出力する。

温度検出器１１によって検出される温度は、負荷変化が
発生する直前の温度から改質原料の増加により改質触媒
６の吸熱反応が進行することによって徐々に温度が低下
して行くまでの実際の温度を検出している。温度検出器
１１はｒＪＩｓｃ　１６１０（１９８１）Ｊに準拠した
に形熱電対の一般普通級のものを燃料電池用に作製した
もの（東京熱学社製）を用いている。

信号１０８と温度検出器１１からの出力信号１０１との
偏差信号１０７を第２図に示す。偏差信号１０７は信号
ｉｏｔと信号１０６とを加算器２０において加算するこ
とによって得られる。信号１０Ｂは第２図に示すＦＣ出
力（負荷）のタイムチャートに相当し、信号１０１は第
２図に示す触媒温度のタイムチャートに相当する。改質
触媒６の温度変化は第２図に示すように時定数をもって
いるので、信号１０１と信号１０６との偏差信号である
信号１０７は第２図に示すように鋭角的に変化する。こ
の信号１０７は温度調節器（ＣＴ、）１３およびコンパ
レータ（ＣＰ）１６に入力される。

第３図は温度調節器１３の構成を示す。（信号１０７　
）値は次の式で示される。

（信号１０７）−（信号（÷１０１））　　＋　　（信
号　（−１０６））ここで、（信号１０６）値は負荷５
によって決定される値であり温度基準値となる。すなわ
ち、電流検出器１４で検出された電流が負荷調節器１５
において増幅され、温度設定器１８に入力され温度基準
値として出力される。

上述の式から、（信号１０１）＞（信号１０Ｂ）であれ
ば（信号１０７）値は正になり、（信号１０１）＜（信
号１０６）であれば（信号１０７）値は負になる。信号
１０７の極性を極性判別器（ＰＤ）４１で判別し、極性
が正であればスイッチＳＷＨをオンにし、極性が負であ
れば、スイッチＳｌｌ、をオンにし、かつ（信号１０７
）値がゼロであればスイッチＳＷｏおよびスイッチＳＷ
Ｌの両方がオフとなるようにしておく。

さらに、極性判別器４１は、コンパレータ１５から出力
される信号１０８でロックできるようにしておく。当然
のことながら、ロック信号１０８がオンのときにはスイ
ッチＳＷ□およびＳＷＬは共にオフの状態にある。

第２図のタイムチャートを用いて温度調節器１３の動作
について説明する。負荷５が増加すると、（信号１０７
）値は低下してくる。（信号１０７）値が触媒温度開始
点Ｔ、に達すると、コンパレータ１５のロックが解除さ
れ、第３図に示す極性判別器４１が動作を開始する。こ
のとき（信号１０７）値は正である。すなわち、Ｔ＋＝
Ｔｓ＋Δ丁である。従って、スイッチＳＷ＋がオンとな
り、演算増幅器ＯＬおよびＯｈを介して信号１１０を得
る。

信号ｉｉｏは加算器２２に入力され、加算器２２から出
力された信号１１６が燃焼空気ブロア１７に人力される
。燃焼空気ブロア制御器１７によって、（信号１０７）
値がＴ、になるように燃焼空気ブロア９の回転数を増加
させてオフガスの発生を減少させ、改質器バーナ８の温
度を下げることにより改質触媒６を冷却する。

改質触媒６が冷却され、（信号１０７）値がＴＳを通過
してＴ３以下になると、スイッチＳＷＬがオンになる。

このとき、スイッチＳＷｏはオフである。スイッチＳＷ
Ｌがオンになると、演算増幅器ＯＰ２を介して信号１０
９を得る。信号１０９は加算器２１に人力され、加算器
２１から出力された信号１１５が原料ポンプ制御器１６
に人力される。原料ポンプ制御器１６によって、（信号
１０７）値がＴ３になるように原料ボンブ２の回転数を
増加させてオフガスの発生を増加させ、改質器バーナ８
の温度を上げることにより改質触媒６を加熱する。

負荷５が減少したときは、設定温度はＴＳ　　に変更さ
れ、（信号１０７）値がＴ２°通過したときに触媒温度
制御が開始される。このとき、（信号１０７）値は負で
ある。すなわち、Ｔ２　＝ΔＴ　＋Ｔｓ’である。

コンパレータ１５のロックが解除されると、極性判別器
４１が作動し、（信号１０７）値が負であるからスイッ
チＳＷＬがオンになり、演算増幅器ＯＰ２を介して信号
１０９を得て原料ポンプ２の回転数を増加させ、改質触
媒６の温度がＴＳになるように加熱する。

（信号１０７）値がＴｓを通過し、正に転するとスイッ
チＳＷｓがオンし、演算増幅器ＯＰ、およびＯＦ２を介
して信号１１０を得、燃焼空気ブロア９の回転数を増加
させ、改質触媒６を冷却して温度を下げる。このとき、
スイッチＳＷＬはオフである。

このようにして、設定温度Ｔ５＝（信号１０６）を設定
価として、（信号１０１）値との偏差が正のときはブロ
ア９の回転数を増加させることにより触媒６を冷却し、
偏差が負のときはポンプ２の回転数を増加させて改質触
媒６を加熱する。

第３図において、ＶＲ，およびＶＲ２は可変抵抗器であ
り、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびＲ６は抵抗で
ある。

ＣＰｌＢは信号１０７の値が偏差値ＴＩ−Ｔ２に達した
ときに信号１０８を圧力し温度調節器１３　（（：Ｔｔ
）のロックを解除するようにしておくと、信号１０６と
検出信号１０１の偏差が大きいときは温度調節器１３は
作動せず、偏差信号１０７が制御領域Ｔ、〜Ｔ２の範囲
に入ったときに温度調節ｌ！１ｒ１３が作動し改質触媒
６の温度制御が開始される。温度調節器１３からの出力
信号１０９および出力信号１１０はそれぞれ加算器２１
および２２において、負荷調節器１５からの出力信号１
０５に加えられる。

制御領域Ｔｌ〜Ｔ２は例えばコンパレータの形態の温度
設定器１８から出力される信号１０６、すなわち、ある
負荷の値に対する改質触媒６の設定温度をＴｓを基準に
決められる。通常、△Ｔ　−（５／１００）Ｔｓとし、
Ｔ、　＝　Ｔｓ＋△ＴおよびＴ２÷Ｔｓ＋Δ丁である。

負荷５が変化すると、これに伴なって設定温度もＴｓか
らＴｓ’　に変化する。このときはＴ１°＝Ｔｓ’　＋
△ＴおよびＴ、’＝Ｔｓ’＋△Ｔである。触媒反応の際
の改質触媒６の温度は約３００℃であるのでΔ丁＝１５
℃となる。

改質触媒６の温度は温度検出器１１で検出された温度が
高いときは燃焼空気量を増加し、低いときは改質原料を
増加させることによってオフガスを増加させ、改質器バ
ーナ８の温度を上げることによって改質触媒６の温度を
一定に保つような制御を行なう。

従って、改質触媒６の温度が高くなると温度調節器１３
からの出力信号１１０が増加し負荷調節器１５からの出
力信号１０５と出力信号１１０とを加算器２２で加算し
た（信号１０５）＋　（信号１１０）によって、燃焼空
気ブロア制御器１７を介しブロア９のモータ回転数を増
加させて改質器バーナ８に供給する燃焼空気を増加させ
ると、改質器バーナ８の温度が低下し、温度検出器１１
によって検出される温度が所定値になるような制御が行
なわれる。

また、改質触媒６の温度が低くなると、信号１０９が増
加し、負荷調節器１５からの出力信号１０５と加算器２
１で加算した（信号１０５）＋　（信号１０９）によっ
て、原料原料ポンプ制御器１６を介しポンプ２の千−夕
の回転数を増加させることによって改質器１に供給する
改質原料を増加させ、改質器バーナ８の温度を上昇させ
ることによって温度検出器１１によって検出される温度
が所定値になるような制御が行なわれる。

負荷５が減少したときも温度設定器１８から出力信号１
０５が変化し制御開始偏差内に信号１０７が到達した時
点で上述したのと同様の温度制御が開始される。

火族■ユ 第４図は本発明の他の実施例の構成を示す。第５図は本
発明の他の実施例のタイムチャートを示す。第４図にお
いて第１Ａ図と同様の個所には同一の符号を付す。第４
図および第５図は助燃料と燃焼空気によって触媒の温度
制御を行う一例である。

助燃とは改質器バーナ８の燃焼源が、オフガスのみ（第
１Ａ図参照）でなく、別系統から燃焼原料を助燃料ポン
プ１０で供給し燃焼させる方法である。

第５図に示すように、ある負荷状態では改質原料はＦＣ
出力（負荷）に見合う量を原料ポンプ２で供給しておき
、改質触媒６の温度が高いときはブロア９モータの回転
数を増加させて改質器バーナ８に供給する燃焼空気を増
加させ、バーナ温度を下げる。改質器バーナ８の温度を
下げることによって改質触媒６の温度が所定の温度にな
るような制御を行なう。

改質触媒６の温度が低いときは改質器バーナ８に供給す
る助燃料を増加させるために助燃料ポンプｌＯのモータ
の回転数を増加させバーナ温度を上げて温度検出器１１
で検出される温度を所定の温度に保つような制御を行な
う。

負荷調節器！５から出力された信号１０５は原料ポンプ
制御器１６を介して原料ポンプ２のモータの回転数を制
御し、このことによって改質器１に供給される改質原料
量の制御が行なわれる。本実施例においては改質原料の
供給は第５図に示すように負荷５の変化に対応して行な
われる。従って、オフガスの量も負荷５の変化に対応し
ている。

負荷調節器１５から出力された信号１０５と温度調節器
１３から出力された信号１１０とが加算器２２で加算さ
れ、加算された信号は燃焼空気ブロア制御器１７を介し
て燃焼空気ブロア９に出力され、改質器バーナ８に供給
される空気の量を制御する。

負荷調節器１５から出力された信号１０５と温度調節器
１３から出力された信号１１１は加算器２１で加算され
、加算された信号は助燃料制御器２３を介して助燃料ポ
ンプ１０に出力され、改質器バーナ８に供給される空気
の量を制御する。助燃料制御器２３は第１８図に示した
原料ポンプ１６と同様の構成である。助燃料バイアス設
定器２４は、助燃料ポンプ１０から常に一定の助燃料が
改質器バーナ８に供給され゛るようにする働きをする。

以上のようにして第５図に示すように助燃料および燃焼
空気を改質器バーナ８に供給することにより、改質触媒
６の温度が負荷５に見合った値になるように制御される
。また、本実施例においても、偏差信号１０７の値が制
御領域に達したときに触媒６の温度制御が開始される。

温度制御器１３による温度制御は第１の実施例と同様に
して行なわれる。

以上説明したように、本実施例のいずれの方法でも改質
触媒の吸熱反応を考慮して負荷に見合った改質触媒温度
を設定するようにしたので、改質器バーナを余分に燃焼
させることなく、吸熱反応における平衡点での温度制御
を行なうので温度変化量も少なく、かつ負荷が減少した
ときの温度オーバーシュートも少なくなり、触媒の劣化
を防止することができる。

〔発明の効果〕

以上説、明したように、本発明においては、改質触媒の
吸熱反応を考慮し、負荷に見合った触媒温度設定値を変
化させることによって改質器バーナの燃焼量を低減する
ことができるので、プラント効率の向上を図ることがで
き、かつ吸熱反応の平衡点付近での温度制御を行なうの
で温度変化量が少なく、また負荷が減少したときの改質
触媒の温度オーバシュートも少なくなるので改質触媒の
劣化を防止することができる。

さらに、改質触媒の温度設定値と改質触媒の温度検出値
との偏差が制御領域に到達してから改質触媒の温度制御
を行なうようにしたので、改質触媒の熱時定数が大きい
ことに起因して起こる温度変化の遅れによる制御不安定
も回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１８図および第１Ｃ図は本発明の第１の実
施例の改質原料量と空気量による温度制御装置を示す構
成図、 第１０図は第１Ｃ図に示した演算器における制御手順を
示すフローチャート、 第２図は第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図に示した装
置による動作のタイムチャート、 第３図は第１Ａ図に示した温度調節器の構成を示す図、 第４図は本発明の第２の実施例の助燃料量と空気量によ
る温度制御装置を示す構成図、第５図は第４図に示した
装置による動作のタイムチャート、 第６図は従来の改質原料量と空気量による温度制御装置
を示す構成図、 第７図は従来の助燃料量と空気量による温度制御装置を
示す構成図、 第８Ａ図、第８Ｂ図および第８Ｃ図は改質器の構造およ
び触媒温度変化の説明図、 第９図は第６図に示した装置による動作のタイムチャー
トである。 １・・・改質器、 ２・・・原料ポンプ、 ３・・・燃料電池（ＦＣ）、 ４・・・変換装置、 ５・・・負荷、 ６・・・改質触媒、 ７・・・改質反応管、 ８・・・改質器バーナ、 ９・・・燃焼空気ブロア、 １０・・・助燃料ポンプ、 １工・・・温度検出器、 １３・・・温度調節器、 １４・・・電流検出器、 １５・・・負荷調節器、 １６・・・原料ポンプ制御器、 １７・・・燃焼空気ブロア制御器、 １８・・・温度設定器、 １９・・・コンパレータ、 ２０．２１．２２・・・加算器、 ２３・・・助燃料ポンプ制御器、 ２４・・・助燃料バイアス設定器。 水弁→月壌１の人寿邑府１１の在−入は示すＺ第１Ｃ図 貞丹１ ｖ４丙Ａ ＄１の尖比イ月の義ｌＬ＝よる勧イ乍のクィムテザート
第２図 ｐ狗糟 ＊凋誠 第２の友Ｊヒイ列の狭１；よる動ｆ下のクイムむ−ト第
５図 第８Ａ図 Ａ沢り泉ノＵ笑支花の剖屯Ｂ片眠 第８８図 鷹度 第８Ｃ図 上２１噌 ニド１カニ爪 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）負荷に供給される燃料電池からの出力電力を得るた
   めに、前記燃料電池に供給される改質ガスを触媒反応に
   よって生成する際の改質触媒温度制御方法において、 前記触媒反応に用いる改質触媒の温度を検出し、 前記負荷に供給される前記燃料電池からの電流を検出し
   、 前記負荷と前記触媒温度との関係に基づいて、前記負荷
   に対応して前記触媒温度の設定値および該設定値に基づ
   く温度制御領域を設定し、 前記設定値と前記検出された触媒温度との偏差を算出し
   、 該算出された偏差が前記温度制御領域内に達したときに
   前記触媒の温度制御を行なうこと を特徴とする改質触媒温度制御方法。 ２）負荷に供給される燃料電池からの出力電力を得るた
   めに、前記燃料電池に供給される改質ガスを触媒反応に
   よって生成する改質装置において、 前記触媒反応に用いる改質触媒の温度を検出する第１検
   出手段と、 前記負荷に供給される前記燃料電池からの電流を検出す
   る第２検出手段と、 前記負荷と前記触媒温度との関係に基づいて、前記負荷
   に対応して前記触媒温度の設定値および該設定値に基づ
   く温度制御領域を設定する設定手段と、 前記設定値と前記検出された触媒温度との偏差を算出す
   る算出手段と、 該算出された偏差が前記温度制御領域内に達したときに
   前記触媒の温度制御を行なう温度制御手段と を備えたことを特徴とする改質触媒温度制御装置。