JPH0629035A - 燃料電池発電プラントと廃熱回収システムとの協調制御装置 - Google Patents

燃料電池発電プラントと廃熱回収システムとの協調制御装置

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JPH0629035A
JPH0629035A JP3251978A JP25197891A JPH0629035A JP H0629035 A JPH0629035 A JP H0629035A JP 3251978 A JP3251978 A JP 3251978A JP 25197891 A JP25197891 A JP 25197891A JP H0629035 A JPH0629035 A JP H0629035A
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heat
fuel cell
waste heat
heat exchanger
refrigerant
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JP3251978A
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Kazuyuki Matsuzawa
沢 和 幸 松
Bii Randoo Maikeru
マイケル、ビー、ランドー
Barutanian Jiyooji
ジョージ、バルタニアン
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池発電装置と廃熱回収システムとの間
の協調制御技術を提供すること。 【構成】 燃料電池冷媒ループ（１２）は戻り冷媒の設
定温度（３８）を維持するように制御される。廃熱熱交
換器（１８）は廃熱流体の設定点温度（２２）を維持す
るように制御される。熱除去熱交換器（３２）は設定温
度（３８）を維持するために余分な熱を除去する。両方
の設定点温度が維持されない場合には、オーバーライド
制御により廃熱流体温度を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電プラントに
関し、特に燃料電池発電プラントと廃熱回収システムと
の協調制御に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】燃料電池
発電プラントにおいて、燃料電池は除去する必要のある
熱を生成するが、この熱除去は、燃料電池及び熱除去シ
ステムを通る普通は水である循環冷媒により行われる。
燃料電池の最適運転は、プラントの負荷に応じて変動す
る特定の温度レベルで達成される。従って、この熱除去
ループは、環境冷媒の燃料電池への入口温度を適切な作
動温度レベルに維持するように調節される。このような
燃料電池では、この熱は除去されて廃棄される。しかし
ながら、発電プラントの効率を改善するためには、本来
除去されるべきこの廃熱の少なくとも一部を利用するこ
とが望ましい。通常、できるだけ高温でこの熱を使用す
ることが好ましく、廃熱システムはその全負荷範囲に亘
ってこれを考慮して設計されている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】熱交換器は循環冷媒から
の熱を廃熱流体に移動させるために設けられている。廃
熱システムはある特定の温度で作動するように設計され
ており、熱交換器はその熱交換効率を変更してこの温度
を維持するように制御されている。燃料電池への戻り流
体温度を適切に制御するために、第二の熱除去熱交換器
を設けることにより余分な熱を除去して燃料電池への所
望の入口温度を維持している。この熱除去熱交換器は、
通常、流れをバイパスすることによりその効率を低減す
るように制御される。
【０００４】廃熱熱交換器が廃熱システムの要求を達成
するために循環冷媒温度をある水準まで低減する結果、
熱除去熱交換器が十分にバイパスされても燃料電池への
戻り流体温度が低くなり過ぎることがある。この場合、
廃熱システムの機能を犠牲にして、燃料電池を所望の作
動温度に維持することが望ましい。
【０００５】
【実施例】燃料電池１０は流体ループ１２を通過する流
体冷媒により冷却され、ポンプ１４はこの流体を循環さ
せる。廃熱システムライン１６を通る流体は、熱交換器
１８内で流体ループ１２内の冷媒から熱を受容する。温
度センサＴ２は熱交換器を出た廃熱流体の温度を検出
し、この温度は比較点２０において所望の設定点温度２
２と比較される。この信号は弁２６及び２８を作動させ
る制御装置２４に送られる。これらの弁は反対方向に作
動し、一方が開くと他方が閉じて熱交換器の周囲のライ
ン３０を通るバイパス流を制御する。かくして熱交換器
の効率を変化させることで、Ｔ２における所望の温度を
達成している。
【０００６】熱除去熱交換器３２は、流体が貫流するラ
イン３４を備えて廃棄すべき熱を除去している。熱交換
器３２内では、燃料電池１０への適当な戻り流体温度を
達成するために、流体ループ１２を流れる流体冷媒から
熱を除去している。温度センサＴ１は出口温度を検出し
て信号を比較点３６へ送りそこで所望の設定点温度３８
と比較する。この温度は固定してもよいし、負荷の関数
として変化させてもよい。偏差信号は制御ライン４０を
通って制御装置４２まで送られ、そこで弁４４及び４６
を互いに逆方向に作動させて熱交換器３２の周囲のバイ
パス流量を調節する。このような熱交換器の配列により
所望の燃料電池への戻り流体温度を実現している。所望
の廃熱システム温度Ｔ２と所望の燃料電池入口システム
温度Ｔ１がいずれも達成されている限り、システムはこ
のように作動する。しかしながら、熱が不十分で両者を
満足させることができない場合には、偏差信号はライン
４０を通ってライン４８に至り制御装置２４を作動させ
て廃熱交換器の周囲のバイパス流量を増加させることに
より、流体内に十分な熱を付与して燃料電池入口温度を
適切に維持している。この時、弁４６は十分閉鎖される
一方、弁４４は開いて熱交換器３２は十分にバイパスさ
れる。
【０００７】図２は上記手順を実行するための制御方法
を示す。負荷センサ５０は制御信号をライン５２を通っ
て関数発生器５４に送り、そこで所望の温度設定点３８
が負荷の関数として確立される。これは誤差信号を付与
するセンサＴ１により決定された燃料電池に流れる流体
の検出温度と比較される。比例及び積分動作は制御装置
５６により行われる。この制御装置は又２．０の上限リ
ミッタと０．０の下限リミッタとを有し、ライン５８を
通る制御信号を発する。この信号は上限リミッタ６０を
通って制御装置４２に至り、そこでは１．０の信号は熱
交換器３２が１００％バイパスした状態を示している。
負荷センサ５０は又、信号をライン６２から関数発生器
６４へと送り、そこで廃熱交換器用に温度設定点６６を
確立している。制御装置６８はこれを検出温度Ｔ２と比
較し、比例及び積分動作を加えると共に０と１．０との
間でこの信号を制限している。制御装置６８は、更にこ
の信号をライン７０及び下限リミッタ７２を介して、廃
熱交換器１８の周囲のバイパスを制御する制御装置２４
まで搬送している。
【０００８】Ｔ１，Ｔ２の温度がいずれも設定値に適合
する限り、システムは上述したように作動する。しかし
ながら、温度Ｔ１が設定点レベルまで上がらない場合に
は、制御装置５６は全開してライン５８上の設定点信号
は１．０を超える。この信号は常に制御ライン７４に伝
播されて差分器７６で１．０が引かれ、初期信号が１．
０を超える場合のみ、ライン７８には制御信号が存在す
る。０．０の下限リミッタ８０は、ライン５８上の信号
が１．０以下であるときはこの信号を０．０１に変換す
る。従って、過剰要求を示す残留信号はライン８２を通
過して差分器８４に至りそこで信号７０から引かれる。
この修正された信号は下限リミッタ７２を通って制御装
置２４に至る。従って、制御装置はこれにより温度Ｔ１
及びＴ２が適合しない時にはＴ２を犠牲にしつつＴ１に
優先権を付与する機能を獲得している。
【０００９】図３の実施例において、熱交換器１８の効
率を変更するための別の方法を示している。熱交換器を
通る廃熱流体の流れはポンプ９０により昇圧され、弁８
８により流量調節される。図４は制御装置４２の制御動
作を除いて、図１の実施例と同様の実施例を示す。制御
装置４２からの信号は、弁９４及び９６に送られて２つ
の弁を互いに反対方向に作動させている。熱除去熱交換
器３２の効率は熱除去流体貫流ライン３４のバイパス流
量により調整される。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池発電装置及び熱交換器の構成を示す概
略流れ図。
【図２】２つの熱交換器の制御を示す制御概略図。
【図３】廃熱熱交換器の制御の別の実施例を示す概略
図。
【図４】熱除去熱交換器の制御の別の実施例を示す概略
図。
【符号の説明】
１０ 燃料電池 １２ 流体ループ １４ ポンプ １６ 廃熱システムライン １８ 廃熱熱交換器 ２６、２８、４４、４６ 弁 ３２ 熱除去熱交換器 ３４ 熱除去流体ライン ５０ 負荷センサ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料電池発電プラントと廃熱回収システム
    との協調制御装置であって、 燃料電池を有する燃料電池発電プラントと、 前記燃料電池を通って冷媒流体を流すための流体ループ
    と、 前記燃料電池を出た冷媒流体を受容する位置で前記流体
    ループ内に設けられた廃熱熱交換器と、 前記廃熱熱交換器を通って前記冷媒から熱を受容するた
    めの廃熱流体流路と、 前記廃熱熱交換器と前記燃料電池との間で前記流体ルー
    プ内の前記廃熱熱交換器の下流側に設けられた熱除去熱
    交換器と、 前記熱除去熱交換器を通って前記冷媒から熱を受容する
    ための熱除去流体流路と、 前記廃熱熱交換器を出た廃熱流体の温度を検出するため
    の廃熱温度検出手段と、 前記廃熱熱交換器を出た廃熱流体の温度に応じて前記廃
    熱熱交換器の熱交換効率を変化させる第一の手段と、 前記燃料電池に戻った冷媒の温度を検出するための冷媒
    戻り温度検出手段と、 所望の冷媒戻り温度を設定するための冷媒戻り温度設定
    手段と、 前記冷媒戻り温度に応じて前記熱除去熱交換器の熱交換
    効率を変化させる第二の手段と、 前記第二の手段が前記冷媒戻り温度設定に適合させる程
    度に十分高い冷媒温度を維持することができない場合
    に、前記第一の手段に優先することにより前記廃熱熱交
    換器の熱交換効率を更に減少させる第三の手段とを備え
    たことを特徴とする燃料電池発電プラントと廃熱回収シ
    ステムとの協調制御装置。
  2. 【請求項２】前記第一の手段が、前記廃熱熱交換器の周
    囲に前記冷媒流と前記廃熱流体流の一方をバイパスする
    ための手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
    燃料電池発電プラントと廃熱回収システムとの協調制御
    装置。
  3. 【請求項３】前記第一の手段が、前記廃熱熱交換器の周
    囲に前記冷媒流をバイパスするための手段を備えたこと
    を特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電プラントと
    廃熱回収システムとの協調制御装置。
  4. 【請求項４】前記第二の手段が、前記熱除去熱交換器の
    周囲に前記冷媒流をバイパスするための手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電プラント
    と廃熱回収システムとの協調制御装置。
  5. 【請求項５】前記冷媒温度設定手段が、 燃料電池発電プラントの発電電力を検出するための手段
    と、 前記検出された電力の関数として前記設定温度を設定す
    る手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発
    電プラントと廃熱回収システムとの協調制御装置。
JP3251978A 1990-10-01 1991-09-30 燃料電池発電プラントと廃熱回収システムとの協調制御装置 Pending JPH0629035A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/591,315 US5023151A (en) 1990-10-01 1990-10-01 Power plant cogeneration control
US591315 1990-10-01

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Publication Number Publication Date
JPH0629035A true JPH0629035A (ja) 1994-02-04

Family

ID=24366000

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JP3251978A Pending JPH0629035A (ja) 1990-10-01 1991-09-30 燃料電池発電プラントと廃熱回収システムとの協調制御装置

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JP (1) JPH0629035A (ja)

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