JPS58133771A - 燃料電池発電プラント制御システム - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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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】
本発明は、燃料電池発電システムの制御に係り。
時に急速な負荷追従ｔ−要求される燃料電池の制御シス
テムに関する。
テムに関する。
従来の燃料電池制御／・ステムは、燃料電池および水素
発生装置ｋ（改質装置あるいはリフオーマと呼ばれるＪ
、空気供給系から成る燃料電池発電システムをそれぞれ
独立した制御装置により制御する構成になってい友。す
なわち、燃料電池発電システムは、第１図にその概略を
示す如く、天然ガス（ＬＮＧ）およびナフサ′ｆｒ原燃
料として供給する原燃料（天然ガス）調節弁２００およ
び原燃料（ナフサ１調節弁２１７により原燃料（天然ガ
ス１１５およびナフサ１１６ｉ混合した複合燃料ン１０
１および水蒸気流量調節弁２０１により供給される水蒸
気１０２を入力し、電池２０５の出口の水素ガス１０７
を燃料として熱を得、水素リッチ・ガス１０３ｔ−生成
する改質装置２０２、水素リッチ・ガス１０３に含まれ
る一酸化炭素Ｃ０ｔ−水蒸気と反応させ、炭酸ガスＣＯ
Ｉと水素Ｈ２を生成させ主水素ガス１０４ｔ−得るシフ
ト・コンパ 。
発生装置ｋ（改質装置あるいはリフオーマと呼ばれるＪ
、空気供給系から成る燃料電池発電システムをそれぞれ
独立した制御装置により制御する構成になってい友。す
なわち、燃料電池発電システムは、第１図にその概略を
示す如く、天然ガス（ＬＮＧ）およびナフサ′ｆｒ原燃
料として供給する原燃料（天然ガス）調節弁２００およ
び原燃料（ナフサ１調節弁２１７により原燃料（天然ガ
ス１１５およびナフサ１１６ｉ混合した複合燃料ン１０
１および水蒸気流量調節弁２０１により供給される水蒸
気１０２を入力し、電池２０５の出口の水素ガス１０７
を燃料として熱を得、水素リッチ・ガス１０３ｔ−生成
する改質装置２０２、水素リッチ・ガス１０３に含まれ
る一酸化炭素Ｃ０ｔ−水蒸気と反応させ、炭酸ガスＣＯ
Ｉと水素Ｈ２を生成させ主水素ガス１０４ｔ−得るシフ
ト・コンパ 。
−タ２０３％電池入ロ水素ガス１０５の流量を調節する
電池水素ガス調節弁２０４％電池で使用する酸素を供給
する九め、改質装置排ガス１０８に動力源とし、空気１
１０ｔ−加圧する空気供給系２０６、空気供給系２０６
で作られた加圧空気１１１から電池で必要とすｒｔ電池
口空気１１２を得る電池空気量調節弁２０７、電池２０
５、およびガス中の水分を回収する水分回収熱交換器２
１１．２１３，２１５で構成され、水素と酸素の反応に
より電池出力電流１０６を得るシステムである。また、
電池出口水素ガス１０７は、改質装置１２０２の熱源お
よび空気供給系２０６の動力源として使用され九後、排
ガス１０９として空気中に排出される。このほか、改質
装置１２０２の起動のために使用する補助燃料１１４お
よび補助空気１１５を調節する補助燃料調節弁２０８お
よび補助空気量調節弁２２０、電池出口水素ガスおよび
１油出口空気を再循環させる水素再循環ファン２０９水
素再循環量調節弁２１０および空気再循環ファン２１８
、空気再循環量調節弁２１８がある。
電池水素ガス調節弁２０４％電池で使用する酸素を供給
する九め、改質装置排ガス１０８に動力源とし、空気１
１０ｔ−加圧する空気供給系２０６、空気供給系２０６
で作られた加圧空気１１１から電池で必要とすｒｔ電池
口空気１１２を得る電池空気量調節弁２０７、電池２０
５、およびガス中の水分を回収する水分回収熱交換器２
１１．２１３，２１５で構成され、水素と酸素の反応に
より電池出力電流１０６を得るシステムである。また、
電池出口水素ガス１０７は、改質装置１２０２の熱源お
よび空気供給系２０６の動力源として使用され九後、排
ガス１０９として空気中に排出される。このほか、改質
装置１２０２の起動のために使用する補助燃料１１４お
よび補助空気１１５を調節する補助燃料調節弁２０８お
よび補助空気量調節弁２２０、電池出口水素ガスおよび
１油出口空気を再循環させる水素再循環ファン２０９水
素再循環量調節弁２１０および空気再循環ファン２１８
、空気再循環量調節弁２１８がある。
ところで、このような燃料電池発電プラントで問題とな
るのは、燃料電池出口の水素ガスおよび酸素ガスの濃度
である。すなわち、燃料電池は。
るのは、燃料電池出口の水素ガスおよび酸素ガスの濃度
である。すなわち、燃料電池は。
供給される水素ガス中の水素および酸素ガス中の酸素を
所定の量だけ消費し、燃料電池を出た水素ガス中の未反
応水素および酸素ガス中の未反応酸素が、燃料改質装置
の熱源として利用されるときに燃料電池発電プラントの
効＊ｒｉ最大となるよう゛ に設計されている。したが
って、燃料電池出口の水素ガス中の水素濃度および酸素
ガス中の酸素濃度が所定の値からはずれると燃料電池発
電システムの効率が低下するという問題がある。
所定の量だけ消費し、燃料電池を出た水素ガス中の未反
応水素および酸素ガス中の未反応酸素が、燃料改質装置
の熱源として利用されるときに燃料電池発電プラントの
効＊ｒｉ最大となるよう゛ に設計されている。したが
って、燃料電池出口の水素ガス中の水素濃度および酸素
ガス中の酸素濃度が所定の値からはずれると燃料電池発
電システムの効率が低下するという問題がある。
本発明の目的は、燃料電池出口の水素ガス中の水素濃度
および酸素ガス中の酸素濃度を所定の値に保ち、燃料電
池発電プラントの効率を向上させ得る燃料電池発電プラ
ント制御システムを提供するにある。
および酸素ガス中の酸素濃度を所定の値に保ち、燃料電
池発電プラントの効率を向上させ得る燃料電池発電プラ
ント制御システムを提供するにある。
本発明は、燃料電池出口の水素ガス中の水素濃度および
酸素ガス中の酸素濃ｆｔ−所定の１１に保ち、燃料電池
発電プラントの効率を向上させるために・燃料電池出口
の水素濃度および酸素濃度が所定の値になるように、燃
料電池へ供給する水素ガス流量および酸素ガス流量ｔＷ
節するところに特徴がある。
酸素ガス中の酸素濃ｆｔ−所定の１１に保ち、燃料電池
発電プラントの効率を向上させるために・燃料電池出口
の水素濃度および酸素濃度が所定の値になるように、燃
料電池へ供給する水素ガス流量および酸素ガス流量ｔＷ
節するところに特徴がある。
本発明による燃料電池発電プラント制御システムは、大
きく次の４つに分けられる。
きく次の４つに分けられる。
（１） 燃料電池制御系（第２図参照１（２）改質装
置制御系（第３図毅照） （３） 空気供給系の制御系（第５図、第２図参照１
（４）再循環系の制御系（第２図参照］以下、４つの制
御系の一！Ｉ！麿例によ）Ａ体的にその制御方法を説明
する。
置制御系（第３図毅照） （３） 空気供給系の制御系（第５図、第２図参照１
（４）再循環系の制御系（第２図参照］以下、４つの制
御系の一！Ｉ！麿例によ）Ａ体的にその制御方法を説明
する。
第２図は、燃料電池制御系の一実施例を示したものであ
る。図でまず、中給からの負荷指令ＬＤの関数として電
池出口水素濃度設定値発生器４００から４池出口水素濃
度設定値５００を得、電池出目水素＋１１１７ｉｌｔ検
出器３０１で測定された電池出口の水素濃度信号５０１
との偏差５０２を求め（減算１４ｏｘｔ、比例・積分等
のフィード・バック制御演算を実施しくフィード・バッ
ク制御器４０２１％フィード・バック制御信号５０２ｔ
−得る。一方、フィード・フォワード制＠ｌ器４０３で
は、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０４のフ
ィード・フォワード制御信号５０４を求める。基本的に
は、このフィード・フォワード制御信号５０４とフィー
ド・バック制御信号５０３の加算により弁２０４への操
作信号５０６を決するが、電池水素ガス調節弁２０４の
前圧すなわち主水素−ガス圧力偏差信号５２２（第３図
参照］でこの弁２０４への操作信号を補正する。
る。図でまず、中給からの負荷指令ＬＤの関数として電
池出口水素濃度設定値発生器４００から４池出口水素濃
度設定値５００を得、電池出目水素＋１１１７ｉｌｔ検
出器３０１で測定された電池出口の水素濃度信号５０１
との偏差５０２を求め（減算１４ｏｘｔ、比例・積分等
のフィード・バック制御演算を実施しくフィード・バッ
ク制御器４０２１％フィード・バック制御信号５０２ｔ
−得る。一方、フィード・フォワード制＠ｌ器４０３で
は、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０４のフ
ィード・フォワード制御信号５０４を求める。基本的に
は、このフィード・フォワード制御信号５０４とフィー
ド・バック制御信号５０３の加算により弁２０４への操
作信号５０６を決するが、電池水素ガス調節弁２０４の
前圧すなわち主水素−ガス圧力偏差信号５２２（第３図
参照］でこの弁２０４への操作信号を補正する。
このような補正を加えたことによる効果を電池出力が増
加した場合を例に説明する。すなわち、Ｉ１１池出力が
増加すると電池内で消費される水素量が増加する。この
ため、電池出口の水素量［５０１が低下し、これを補償
するようにフィードバック制御器４０２が動き、弁２０
４を聞くことにより。
加した場合を例に説明する。すなわち、Ｉ１１池出力が
増加すると電池内で消費される水素量が増加する。この
ため、電池出口の水素量［５０１が低下し、これを補償
するようにフィードバック制御器４０２が動き、弁２０
４を聞くことにより。
電池出口の水素濃度５０１を回復させる。ところが、弁
２０４を聞けば、主水素ガス圧力５２１が低下するが、
一般に、燃料改質装ｆｌ１２０２（第１図）の応答が遅
いため、主水素ガス圧力５２１の回復が遅い。このよう
に、電池出口の水素濃度５０１のみで弁２０４を制御す
ると主水素ガス圧力５２１が低下し続けるという問題が
生じる。主水素ガス圧力偏差信号５２２で補正する効果
はここにある。すなわち、上記例では、主水素ガス圧力
偏差５２２は正の方向に増加し、加算器４０４を介し、
弁２０４を閉じる方向に動く。すなわち。
２０４を聞けば、主水素ガス圧力５２１が低下するが、
一般に、燃料改質装ｆｌ１２０２（第１図）の応答が遅
いため、主水素ガス圧力５２１の回復が遅い。このよう
に、電池出口の水素濃度５０１のみで弁２０４を制御す
ると主水素ガス圧力５２１が低下し続けるという問題が
生じる。主水素ガス圧力偏差信号５２２で補正する効果
はここにある。すなわち、上記例では、主水素ガス圧力
偏差５２２は正の方向に増加し、加算器４０４を介し、
弁２０４を閉じる方向に動く。すなわち。
弁２０４が一方的に開くのを抑制するという機能を持ち
、主水素ガス圧力５２１の変動を抑える効果がある。機
能ブロック４０５は、上記趣旨から。
、主水素ガス圧力５２１の変動を抑える効果がある。機
能ブロック４０５は、上記趣旨から。
単なる比例でも臭いし、ある閾値を超えた時のみ動き、
弁２０４の信号をホールドするという方法も考えられる
。要するに、主水素ガス圧力５２１のｆ動を抑制する機
能を弁２０４の制御系に付加するものであればよい。
弁２０４の信号をホールドするという方法も考えられる
。要するに、主水素ガス圧力５２１のｆ動を抑制する機
能を弁２０４の制御系に付加するものであればよい。
第２図の電池空気量調節弁２０７も全く同様に、電池出
口酸素濃度設定値発生器４０６により中給からの負荷指
令ＬＤの関数として電池出口酸素設定値５０７を得、電
池出口酸素濃度検出器３０２で測定された酸素濃度信号
５０８との偏差を求め（減算器４０７）、比例・積分等
のフィード・バック制御演算を実施しくフィード・バッ
ク制御器４０８）、フィード・バック制御信号５１０を
得る。一方、フィード・フォワード制御器４０９でｆ′
ｉ、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０７のフ
ィード・フォワード制御信号５１１を求める。
口酸素濃度設定値発生器４０６により中給からの負荷指
令ＬＤの関数として電池出口酸素設定値５０７を得、電
池出口酸素濃度検出器３０２で測定された酸素濃度信号
５０８との偏差を求め（減算器４０７）、比例・積分等
のフィード・バック制御演算を実施しくフィード・バッ
ク制御器４０８）、フィード・バック制御信号５１０を
得る。一方、フィード・フォワード制御器４０９でｆ′
ｉ、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０７のフ
ィード・フォワード制御信号５１１を求める。
弁２０７の操作信号５１３は、このフィード・フォワー
ド制御信号５１１の他に、フィード・バック制御信号５
１０．空気量脚節弁前圧（主空気圧力）偏差信号５６２
によｐ決められる。ブロック４１１の機能及び効果は、
ブロック４０５と全く同様である。
ド制御信号５１１の他に、フィード・バック制御信号５
１０．空気量脚節弁前圧（主空気圧力）偏差信号５６２
によｐ決められる。ブロック４１１の機能及び効果は、
ブロック４０５と全く同様である。
次に、改質装置制御系の一実施例を第２図を用いて説明
する。図でまず電池水素ガス調節弁２０４の前圧である
主水素ガス系圧力設定値発生器４２０では、中給からの
負荷指令ＬＤの関数で主水素ガス系圧力設定値５２０を
求める。次に、主水素ガス系圧力検出値５２１との偏差
５２２ｔ−求め（ブロック４２１）、比例・積分等のフ
ィード・バック制御演算を実施しくブロック４２２）、
フィード・バック制御信号５２３ｔ−決定する。一方、
フィード・フォワード制御器４２３では、中給からの負
荷デマンドＬＤの関数として原燃料デマンドのフィード
・フォワード制御信号５２４を求める。
する。図でまず電池水素ガス調節弁２０４の前圧である
主水素ガス系圧力設定値発生器４２０では、中給からの
負荷指令ＬＤの関数で主水素ガス系圧力設定値５２０を
求める。次に、主水素ガス系圧力検出値５２１との偏差
５２２ｔ−求め（ブロック４２１）、比例・積分等のフ
ィード・バック制御演算を実施しくブロック４２２）、
フィード・バック制御信号５２３ｔ−決定する。一方、
フィード・フォワード制御器４２３では、中給からの負
荷デマンドＬＤの関数として原燃料デマンドのフィード
・フォワード制御信号５２４を求める。
又、ブロック４２５は、第２図に示した電池出口水素浸
度偏差信号５０２ｔ−人力し、弁２０４の動作と協調し
て弁２００・２１７を動作させるための機能であｐ、弁
２０４に対応する弁２００・２１７の信号５２５を計算
する。原燃料デマンド信号５２６は、これら３つの信号
５２３，５２４゜５２５の和として求められる。
度偏差信号５０２ｔ−人力し、弁２０４の動作と協調し
て弁２００・２１７を動作させるための機能であｐ、弁
２０４に対応する弁２００・２１７の信号５２５を計算
する。原燃料デマンド信号５２６は、これら３つの信号
５２３，５２４゜５２５の和として求められる。
次に、上で得られた原燃料デマンド信号５２６に従って
弁２００および弁２１７を用いて原燃料１１を操作する
が、これについて説明する。まず、主水素ガス系水素濃
度設定値発生器４３２によｐ中給からのに荷指令ＬＤの
関数としＴ主水素ガス系水素濃度設定ｉ［５３４を得、
主水素ガス系水素ｍｕ検出器３０５で測定され九水素濃
度信号５３５との偏差を求め（減算器４３３１％比例・
積分等のフィード・パック制御演算を実施しくフィード
・バック制御！４３４１、フィード・バック制御信号５
３７を求める。一方、フィード・フォワード制ｍａｓｓ
ｓでは、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２００
ｖｉＫ燃料分担率のフィード・フォワード制御信号５３
８に１求める。弁２００の原燃料分担率５３９は、この
フィード・フォワード制御信号５３８の他に、フィード
・パック制御信号５３７により決められる。弁２００の
操作信号５４０は、原燃料デマンド５２６に弁２００の
原燃料分担率５３９を掛けて求められる（乗算器４３７
３、を比、弁２１７の操作信号５４３は。
弁２００および弁２１７を用いて原燃料１１を操作する
が、これについて説明する。まず、主水素ガス系水素濃
度設定値発生器４３２によｐ中給からのに荷指令ＬＤの
関数としＴ主水素ガス系水素濃度設定ｉ［５３４を得、
主水素ガス系水素ｍｕ検出器３０５で測定され九水素濃
度信号５３５との偏差を求め（減算器４３３１％比例・
積分等のフィード・パック制御演算を実施しくフィード
・バック制御！４３４１、フィード・バック制御信号５
３７を求める。一方、フィード・フォワード制ｍａｓｓ
ｓでは、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２００
ｖｉＫ燃料分担率のフィード・フォワード制御信号５３
８に１求める。弁２００の原燃料分担率５３９は、この
フィード・フォワード制御信号５３８の他に、フィード
・パック制御信号５３７により決められる。弁２００の
操作信号５４０は、原燃料デマンド５２６に弁２００の
原燃料分担率５３９を掛けて求められる（乗算器４３７
３、を比、弁２１７の操作信号５４３は。
定数１に相当する信号５４１から弁２００の原燃料分担
＄５３９ｔｌ−差引き（減算６４３８１．得られた弁２
１７の原燃料分担、１ｌＫ５４２に原燃料デマンド５２
６ｔ−掛けて求められる（乗算器４３９１゜また、水蒸
気流量調節弁２０１の操作信号５３３は１次のようにし
て決定する。まず、主水素ガス系水分設定値発生器４２
６によｐ中給からの負荷指令ＬＤの関数として主水素ガ
ス系水分設定値５２７ｆ：得、主水素ガス系水分検出器
３０４で測 一定され虎水分信号５２８との偏差を
求めＣ減算器４２７Ｂ、比例・積分等のフィード・パッ
ク制御演算を実施してフィード・パック制御器４２８＋
。
＄５３９ｔｌ−差引き（減算６４３８１．得られた弁２
１７の原燃料分担、１ｌＫ５４２に原燃料デマンド５２
６ｔ−掛けて求められる（乗算器４３９１゜また、水蒸
気流量調節弁２０１の操作信号５３３は１次のようにし
て決定する。まず、主水素ガス系水分設定値発生器４２
６によｐ中給からの負荷指令ＬＤの関数として主水素ガ
ス系水分設定値５２７ｆ：得、主水素ガス系水分検出器
３０４で測 一定され虎水分信号５２８との偏差を
求めＣ減算器４２７Ｂ、比例・積分等のフィード・パッ
ク制御演算を実施してフィード・パック制御器４２８＋
。
フィード・パック制御信号５３０’ｉ得る。一方。
フィード・フォワード制御！４２９では、中給からの負
荷指令ＬＤの関数として弁２０１のフィード・フォワー
ド制御信号５３１を求める。弁２０１の操作信号５３３
は、このフィード・フォワード制御信号５３１とフィー
ド・パック制御信号５３０により決められる。
荷指令ＬＤの関数として弁２０１のフィード・フォワー
ド制御信号５３１を求める。弁２０１の操作信号５３３
は、このフィード・フォワード制御信号５３１とフィー
ド・パック制御信号５３０により決められる。
また、補助燃料調節弁２０８および補助空気量調節弁２
２０の操作信号５５７および５５８Ｆｉ、第４図のよう
にして決定する０重ず、す７オ一マ出口水素リッチ・ガ
ス系温度設定値発生器４５０により中給からの負荷指令
ＬＤの関数として温度設定値５５０を得、リフオーマ出
口水素リッチ・ガス系＠度検出器３０８で測定され次温
度信号５５１との偏差金求め（減算器４５１）、比例・
積分等のフィード・パック制御演算を実施しくフイード
・バック制御器４５３）、フィード・バック制御信号５
５３を得る。一方、フィード・フォワー ド制御器４５
４では、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０８
のフィード・フォワード制御信号５５５ｔ−求める。ま
九、オーバ／アンプ・ファイアリング制御器４５２では
、中給からの負荷指令ＬＤの時間変化に応じて補助燃料
をオーバ／アンプ・ファイアリングする制御信号５５４
を求める。弁２０８の操作信号５５７は、上記のフィー
ド・フォワード制御信号５５５、フィード・バック制御
信号５５３およびオーバ／アンプ・ファイアリング側軸
信号５５４により決められる。
２０の操作信号５５７および５５８Ｆｉ、第４図のよう
にして決定する０重ず、す７オ一マ出口水素リッチ・ガ
ス系温度設定値発生器４５０により中給からの負荷指令
ＬＤの関数として温度設定値５５０を得、リフオーマ出
口水素リッチ・ガス系＠度検出器３０８で測定され次温
度信号５５１との偏差金求め（減算器４５１）、比例・
積分等のフィード・パック制御演算を実施しくフイード
・バック制御器４５３）、フィード・バック制御信号５
５３を得る。一方、フィード・フォワー ド制御器４５
４では、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０８
のフィード・フォワード制御信号５５５ｔ−求める。ま
九、オーバ／アンプ・ファイアリング制御器４５２では
、中給からの負荷指令ＬＤの時間変化に応じて補助燃料
をオーバ／アンプ・ファイアリングする制御信号５５４
を求める。弁２０８の操作信号５５７は、上記のフィー
ド・フォワード制御信号５５５、フィード・バック制御
信号５５３およびオーバ／アンプ・ファイアリング側軸
信号５５４により決められる。
斤２２０の操作信号５５８は、比率設定器４５７におい
て弁２０８の操作信号５５７より、補助燃料１１４と補
助空気１１８とが一定の比率全保持するように決定され
る。
て弁２０８の操作信号５５７より、補助燃料１１４と補
助空気１１８とが一定の比率全保持するように決定され
る。
第５図は、空気供給系２０６０機器構成を示す。
図で、動力源は燃料改質装置２０２の排ガス１０８で、
この排ガスでガス・タービン２０６２１駆動し、このガ
ス・タービン２０６２に直結し九圧縮機２０６３により
、空気１１０の圧力を燃料電池で必要とする圧力まで上
げ、燃料電池へ供給する。圧縮され次空気１１１は、弁
２０７（第１図１により燃料電池で必要とされる空気量
を引き抜かれ、残シは弁２０６１を介してガスタービン
２０６２の排ガス１０９として排出される。
この排ガスでガス・タービン２０６２１駆動し、このガ
ス・タービン２０６２に直結し九圧縮機２０６３により
、空気１１０の圧力を燃料電池で必要とする圧力まで上
げ、燃料電池へ供給する。圧縮され次空気１１１は、弁
２０７（第１図１により燃料電池で必要とされる空気量
を引き抜かれ、残シは弁２０６１を介してガスタービン
２０６２の排ガス１０９として排出される。
ま友１図では省略し九が、圧縮空気１１１の一部は、改
質装置２０２における水素燃焼用の空気としても使用さ
れる。
質装置２０２における水素燃焼用の空気としても使用さ
れる。
第６図は、空気供給系２０６に対する制御方式を示す。
まず、主空気系圧力設定値発生器４６０において中給か
らの負荷指令ＬＤの関数で弁２０７の前圧（主空気系圧
力）５６１の設定値５６０を決め、主空気系圧力検出器
３０９の出力５６１との偏差５６２を求める。次に、比
例・積分等のフィード・パック制御演算を実施しくブロ
ック４６２Ｊ、フィード・バック制御１１４Ｉ信号５６
３を決定する。
らの負荷指令ＬＤの関数で弁２０７の前圧（主空気系圧
力）５６１の設定値５６０を決め、主空気系圧力検出器
３０９の出力５６１との偏差５６２を求める。次に、比
例・積分等のフィード・パック制御演算を実施しくブロ
ック４６２Ｊ、フィード・バック制御１１４Ｉ信号５６
３を決定する。
一方、フィード・フォワード制御６４６３では、中給か
らの負荷指令ＬＤの関数として弁２０６１のフィード・
フォワード信号５６４を決定する。又。
らの負荷指令ＬＤの関数として弁２０６１のフィード・
フォワード信号５６４を決定する。又。
ブロック４６５は、弁２０７と協調するためのもので、
弁２０７に対応した卯２１５の信号５６５を決定する。
弁２０７に対応した卯２１５の信号５６５を決定する。
次に、再循環系の制御系の一実施例を第７図を用いて説
明する。図でまず、電池出口水素ガス系圧力設定値発生
器４７０によυ中給からの負荷指令ＬＤの関数として電
池出口水素ガス系圧力設定値５７０′ｆｔ求める。次に
、電池出口水素ガス系圧力信号５７１との偏差５７２を
求め（ブロック４７１）、比例・積分等のフィード・パ
ック制御演算を実施しくブロック４７２】、フィード・
パック制御信号５７３１に決定する。一方、フィード・
フォワード制御器４７３では、中給からの負荷指令ＬＤ
の関数として水素再循環量調節弁２１０のフィード・フ
ォワード信号５７４に１求める。また、ブロック４７５
は、酸素再循環量調節弁２１９の動作と協調して弁２−
１０を動作させるための機能であり、弁２１９の信号に
対して弁２１０の信号５７５を計算する。弁２１０の操
作信号５７６は、これら３つの信号５７３，５７４．５
７５の和として求められる。
明する。図でまず、電池出口水素ガス系圧力設定値発生
器４７０によυ中給からの負荷指令ＬＤの関数として電
池出口水素ガス系圧力設定値５７０′ｆｔ求める。次に
、電池出口水素ガス系圧力信号５７１との偏差５７２を
求め（ブロック４７１）、比例・積分等のフィード・パ
ック制御演算を実施しくブロック４７２】、フィード・
パック制御信号５７３１に決定する。一方、フィード・
フォワード制御器４７３では、中給からの負荷指令ＬＤ
の関数として水素再循環量調節弁２１０のフィード・フ
ォワード信号５７４に１求める。また、ブロック４７５
は、酸素再循環量調節弁２１９の動作と協調して弁２−
１０を動作させるための機能であり、弁２１９の信号に
対して弁２１０の信号５７５を計算する。弁２１０の操
作信号５７６は、これら３つの信号５７３，５７４．５
７５の和として求められる。
ま九、同図の酸素再循環量調節弁２１９の操作信号５９
１は、次のようにして決定する。まず、電池用ロ水素ガ
ス系／空気系水分比設定値発生器４８３によ〕中給から
の負荷指令ＬＤの関数として水素ガス系／空気系水分比
設定値５８０１−得、電池出口水素ガス系水分検出器３
０６および電池出口空気系水分検出器３０７で測定され
た水分信号５７７．５７８の比５７９との偏差を求め（
減算器４１１３．比例・積分等のフィード・パック制御
演算を実施しくフィード・パック制御器４８５）、フィ
ード・パック制御信号５８２を得る。一方、電池出口水
素ガス系空気系差圧設定値発生器４７６では、中給から
の負荷指令ＬＤの関数として差圧設定値５８３ｔ−求め
る。電池出口空気系圧力設定１５８５は、この差圧設定
値５８３の他に。
１は、次のようにして決定する。まず、電池用ロ水素ガ
ス系／空気系水分比設定値発生器４８３によ〕中給から
の負荷指令ＬＤの関数として水素ガス系／空気系水分比
設定値５８０１−得、電池出口水素ガス系水分検出器３
０６および電池出口空気系水分検出器３０７で測定され
た水分信号５７７．５７８の比５７９との偏差を求め（
減算器４１１３．比例・積分等のフィード・パック制御
演算を実施しくフィード・パック制御器４８５）、フィ
ード・パック制御信号５８２を得る。一方、電池出口水
素ガス系空気系差圧設定値発生器４７６では、中給から
の負荷指令ＬＤの関数として差圧設定値５８３ｔ−求め
る。電池出口空気系圧力設定１５８５は、この差圧設定
値５８３の他に。
フィード・バック制御信号５８２、電池出口水素ガス系
圧力信号５７１により決められ、電池出口空気系圧力検
出３１２で測定され念空気圧力信号５８６との偏差を求
め（減算器４７８）、比例・積分等のフィード・パック
制御演算を実施しくフィード・パック制御器４７９）、
フィード・ノ（ツク制御信号５８８ｔ−得る。ま九、フ
ィード・フォワード制御器４８０では、中給からの負荷
指令ＬＤの関数として弁２１９のフィード・フォワード
制御信号５８９を求める。弁２１９の操作信号５９１ｊ
、このフィード・フォワード制御信号５８９の他に、フ
ィード・パック制御信号５８８゜唯油出ロ水素ガス系圧
力偏差５１２によシ決められる。
圧力信号５７１により決められ、電池出口空気系圧力検
出３１２で測定され念空気圧力信号５８６との偏差を求
め（減算器４７８）、比例・積分等のフィード・パック
制御演算を実施しくフィード・パック制御器４７９）、
フィード・ノ（ツク制御信号５８８ｔ−得る。ま九、フ
ィード・フォワード制御器４８０では、中給からの負荷
指令ＬＤの関数として弁２１９のフィード・フォワード
制御信号５８９を求める。弁２１９の操作信号５９１ｊ
、このフィード・フォワード制御信号５８９の他に、フ
ィード・パック制御信号５８８゜唯油出ロ水素ガス系圧
力偏差５１２によシ決められる。
本発明の一実施例においては、改質装置２０２への水蒸
気１０２の供給量を主水素ガス系の水分フィード・パッ
クにより制御するようにしたが（第３図参照）、第８図
に示すように主水素ガス系の一酸化炭素（ＣＯ）濃度フ
ィード・パックによシ制御するようにしてもよい、すな
わち、ｔず、水素ガス系−酸化炭素濃度設定値発生器６
００によシ中給からの負荷指令ＬＤの関数として主水素
ガス系−酸化炭素設定値７００ｔ−得、主水素ガス系−
酸化炭素１１度検出器３１１で測定された一酸化炭素濃
度信号７０１との偏差を求め（減算器６０１３、比例・
積分等のフィード・パック制御演算を実施しくフィード
・パック制御１！６０２３゜フィード・パック制御信号
７０３ｔ−得る。一方、フィード・フォワード制御器６
０３では、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０
１のフィード・フォワード制御信号７０４を求める。弁
２０１の操作信号２０５は、このフィード・フォワード
制御信号７０４とフィード・バック制御信号７０３によ
り決峠られる。
気１０２の供給量を主水素ガス系の水分フィード・パッ
クにより制御するようにしたが（第３図参照）、第８図
に示すように主水素ガス系の一酸化炭素（ＣＯ）濃度フ
ィード・パックによシ制御するようにしてもよい、すな
わち、ｔず、水素ガス系−酸化炭素濃度設定値発生器６
００によシ中給からの負荷指令ＬＤの関数として主水素
ガス系−酸化炭素設定値７００ｔ−得、主水素ガス系−
酸化炭素１１度検出器３１１で測定された一酸化炭素濃
度信号７０１との偏差を求め（減算器６０１３、比例・
積分等のフィード・パック制御演算を実施しくフィード
・パック制御１！６０２３゜フィード・パック制御信号
７０３ｔ−得る。一方、フィード・フォワード制御器６
０３では、中給からの負荷指令ＬＤの関数として弁２０
１のフィード・フォワード制御信号７０４を求める。弁
２０１の操作信号２０５は、このフィード・フォワード
制御信号７０４とフィード・バック制御信号７０３によ
り決峠られる。
発明の一実施例においては、中給からの負荷指令ＬＤの
関数として制御変数の設定値およびフィード・７オワ一
ド制御信号を決定するようにしたが、中給からの負荷指
令ＬＤ相当の信号であればよい。例えば、電池出口電流
でもよい。また、オペレータにより設電された負荷デマ
ンドでもよい。
関数として制御変数の設定値およびフィード・７オワ一
ド制御信号を決定するようにしたが、中給からの負荷指
令ＬＤ相当の信号であればよい。例えば、電池出口電流
でもよい。また、オペレータにより設電された負荷デマ
ンドでもよい。
発明の一実施例においては、電池出口空気系圧力設定値
を電池用ロ水素ガス系圧力偏号と電池用ロ水素ガス系／
仝気系差圧設定値によシ決めるようにしたが、ｌＥ電池
出口水素ガス系圧力設定値電池用ロ水素ガス系／空気系
差圧設定値により決めるようにしてもよい。また、中給
からの負荷指令ＬＤの関数として電池出口空気系圧力設
定値を決め、電池出口水素ガス系圧力設定値を電池用ロ
水素ガス系／空気系差圧設定値と電池出口空気系圧力信
号あるいは電池出口空気系圧力設定値によシ決めるよう
にしてもよい。
を電池用ロ水素ガス系圧力偏号と電池用ロ水素ガス系／
仝気系差圧設定値によシ決めるようにしたが、ｌＥ電池
出口水素ガス系圧力設定値電池用ロ水素ガス系／空気系
差圧設定値により決めるようにしてもよい。また、中給
からの負荷指令ＬＤの関数として電池出口空気系圧力設
定値を決め、電池出口水素ガス系圧力設定値を電池用ロ
水素ガス系／空気系差圧設定値と電池出口空気系圧力信
号あるいは電池出口空気系圧力設定値によシ決めるよう
にしてもよい。
発明の一実施例においては、電池出口水素濃度と電池出
口酸素濃度をそれぞれ電池水素ガス流量電池空気流量に
より制御し、電池出口水素ガス系圧力と電池出口空気系
圧力をそれぞれ水素再循環量と空気再循環量によシ制碑
するようにしたが、電池出口水素ガス系圧力と電池出口
空気系圧力をそれぞれ電池水素ガス流量と電池窒気流量
により制御し、電池出口水素濃度と電池出口酸素濃Ｉｎ
それぞれ水素再循環量と空気再循環量により制御するよ
うにしてもよい。
口酸素濃度をそれぞれ電池水素ガス流量電池空気流量に
より制御し、電池出口水素ガス系圧力と電池出口空気系
圧力をそれぞれ水素再循環量と空気再循環量によシ制碑
するようにしたが、電池出口水素ガス系圧力と電池出口
空気系圧力をそれぞれ電池水素ガス流量と電池窒気流量
により制御し、電池出口水素濃度と電池出口酸素濃Ｉｎ
それぞれ水素再循環量と空気再循環量により制御するよ
うにしてもよい。
発明の一実施例においては、改質装置２０２への水蒸気
１０２の供給量を主水素ガス系の水分に応じて決めるよ
うＫしたが、原燃料の組成を計測してこの結果に従って
改質装置２０２への水蒸気１０２の供給量を決めるよう
にしてもよい。
１０２の供給量を主水素ガス系の水分に応じて決めるよ
うＫしたが、原燃料の組成を計測してこの結果に従って
改質装置２０２への水蒸気１０２の供給量を決めるよう
にしてもよい。
発明の一実施例においては、改質装置および燃料電池の
運転条件（温度、圧カフは予め決めておいたものを利用
するようにしたが、原燃料の組成を計測してこの結果に
従って改質装置および燃料電池の運転条件を決定し、こ
の条件によシ改質装置および燃料電池を運転するように
してもよい。
運転条件（温度、圧カフは予め決めておいたものを利用
するようにしたが、原燃料の組成を計測してこの結果に
従って改質装置および燃料電池の運転条件を決定し、こ
の条件によシ改質装置および燃料電池を運転するように
してもよい。
発明の一実施例においては、燃料電池の温度制御系を例
示しなかったが、この制御系は、中給からの負荷指令に
従って、燃料電池冷却水流量をフィード・フォワード制
御し、負荷指令の関数として決められる燃料電池の温度
設定値と温度計測値との偏差をフィード・パック制御処
理した信号により燃料電池冷却水流量を補正制御する。
示しなかったが、この制御系は、中給からの負荷指令に
従って、燃料電池冷却水流量をフィード・フォワード制
御し、負荷指令の関数として決められる燃料電池の温度
設定値と温度計測値との偏差をフィード・パック制御処
理した信号により燃料電池冷却水流量を補正制御する。
本発明は、ａ料電池出口の水素濃度および酸素１１＆が
所定の値になるように燃料電池へ供給する水素ガス流量
および酸素ガスｆｆ、ｔｅ量調節るので、燃料電池発電
プラントの効率を向上さすることかできる効果がある。
所定の値になるように燃料電池へ供給する水素ガス流量
および酸素ガスｆｆ、ｔｅ量調節るので、燃料電池発電
プラントの効率を向上さすることかできる効果がある。
毛１図は、本発明の制御対象である燃料電池発電プラン
トの概略構成、第２図は、燃料電池制御系の一実施例、
第３，４図は、燃料改質装置制御系の一実施例、第５゛
図は、空気供給系の機器構成、第６図は、空気供給系の
制御系の一実施例、第７図は、再循環系の制御系の一実
施例、第８図は、燃料改質装置制御系の他の実施例を示
す。 １０１・・・原燃料、１０２・・・水蒸気、１０３・・
・水素リッチ・ガス、１０４・・・主水素ガス、１０５
・・・電池入口水素ガス％ １０６・・・電池出口電流
、１０７・・・電池“出口水素ガス、１０８・・・改質
装置排ガス、１０９・・・排ガス、１１０・・・空気、
１１１・・・加圧空気、１１２・・・電池入口空気、１
１３・・・電池出口空気、１１４・・・補助燃料、１１
５・・・原燃料（ＬＮＧ３゜１１６・・・原燃料（ナフ
サ）、１１７・・・水蒸気、１１８・・・補助空気、２
００・・・原燃料（ＬＮＧ＋調節弁％２０１・・・水蒸
気流量調節弁、２０２・・・改質装ｆｉｔ（リフオーマ
）、２０３・・・シフト・コンバータ、２０４・・・電
池水素ガス調節弁％ ２０５・・・電池。 ２０６・・・空気供給系、２Ｇ？・・・電池空気量調節
弁、２０８・・・補助燃料調節弁、２０９・・・水素再
循環ファン、２１０・・・水素再循環量調節弁、２１１
・・・水分回収熱交換器、２１２・・・排水量調節弁、
２１３・・・水分回収熱交換器、２１４・・・排水量調
節弁、２１５・・・水分回収熱交換器、２１６・・・排
水量調節′ＩＡ４［ｉｌ 第 ５ 口
トの概略構成、第２図は、燃料電池制御系の一実施例、
第３，４図は、燃料改質装置制御系の一実施例、第５゛
図は、空気供給系の機器構成、第６図は、空気供給系の
制御系の一実施例、第７図は、再循環系の制御系の一実
施例、第８図は、燃料改質装置制御系の他の実施例を示
す。 １０１・・・原燃料、１０２・・・水蒸気、１０３・・
・水素リッチ・ガス、１０４・・・主水素ガス、１０５
・・・電池入口水素ガス％ １０６・・・電池出口電流
、１０７・・・電池“出口水素ガス、１０８・・・改質
装置排ガス、１０９・・・排ガス、１１０・・・空気、
１１１・・・加圧空気、１１２・・・電池入口空気、１
１３・・・電池出口空気、１１４・・・補助燃料、１１
５・・・原燃料（ＬＮＧ３゜１１６・・・原燃料（ナフ
サ）、１１７・・・水蒸気、１１８・・・補助空気、２
００・・・原燃料（ＬＮＧ＋調節弁％２０１・・・水蒸
気流量調節弁、２０２・・・改質装ｆｉｔ（リフオーマ
）、２０３・・・シフト・コンバータ、２０４・・・電
池水素ガス調節弁％ ２０５・・・電池。 ２０６・・・空気供給系、２Ｇ？・・・電池空気量調節
弁、２０８・・・補助燃料調節弁、２０９・・・水素再
循環ファン、２１０・・・水素再循環量調節弁、２１１
・・・水分回収熱交換器、２１２・・・排水量調節弁、
２１３・・・水分回収熱交換器、２１４・・・排水量調
節弁、２１５・・・水分回収熱交換器、２１６・・・排
水量調節′ＩＡ４［ｉｌ 第 ５ 口
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、混合成分の原燃料を水素ガスに改質する燃料改質装
置１．圧縮した酸素ガスを供給するための空気供給系統
および供給された水素ガスと酸素ガスの反応により電流
を出力する燃料電池で構成される燃料電池発電プラント
において、燃料電池出口の水素＃度に応じて燃料１［池
へ供給する水素ガスａｍを調節すること′ｆ：待倣とす
る燃料電池発電グラフト制御システム。 ２、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電プラ／ト
制呻システムにおいて、負荷指令の関数として燃料電池
へ供給する水素ガス流量をフィード・フォワード制御す
ると共に、燃料電池出口の水素ａＩｆに応じて燃料電池
へ供給する水素ガス流量を補正制御することを特徴とす
る燃料電池発電グラノド制御システム。 ３．４９許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電グラフ
ト制御システムにおいて、負荷指令の関数として燃料電
池出口の水素濃度設定値を決め、これらの設定値と燃料
−電池出口の水素濃度との偏差ｔフィード・パック制御
処理し九信号により燃料電池へ供給する水素ガス流量を
調節することｔ−％黴とする燃料電池発電プラント制御
システム。 ４、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電プラント
において、燃料電池出口の酸素濃度に応じて燃料電池へ
供給する酸素ガス流量を調節するととｔ−特徴とする燃
料電池発電プラント制御システム・ ５、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電グラフト
制御システムにおいて、負荷指令の関数として燃料電池
へ供給する酸素ガス流量をフィード・フォワード制御す
ると共に燃料電池出口の酸素ｓ度に応じて燃料電池へ供
給する酸素ガス流量を補正制御することｔ−特徴とする
燃料電池発電プラント制御システム。 ６、特許請求の範囲ｇ４項記載の燃料電池発電グラフト
制御システムにおいて、負荷指令の関数として燃料電池
出口の酸素８度設定値を決め、これらのｅ電値と燃料電
池出口の酸素濃度との偏差をフィード・バック制御処理
した信号により燃料電池へ供給する酸素ガスｍｔを調節
することを特徴とする燃料電池＠填プラント制御システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57015407A JPS58133771A (ja) | 1982-02-01 | 1982-02-01 | 燃料電池発電プラント制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57015407A JPS58133771A (ja) | 1982-02-01 | 1982-02-01 | 燃料電池発電プラント制御システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58133771A true JPS58133771A (ja) | 1983-08-09 |
Family
ID=11887872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57015407A Pending JPS58133771A (ja) | 1982-02-01 | 1982-02-01 | 燃料電池発電プラント制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58133771A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63126173A (ja) * | 1986-11-14 | 1988-05-30 | Japan Fuel Technol Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
| JPH0325860A (ja) * | 1989-06-21 | 1991-02-04 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の反応ガス供給流量制御装置 |
| JP2007066845A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Denso Corp | 燃料電池システム |
-
1982
- 1982-02-01 JP JP57015407A patent/JPS58133771A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63126173A (ja) * | 1986-11-14 | 1988-05-30 | Japan Fuel Technol Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム |
| JPH0325860A (ja) * | 1989-06-21 | 1991-02-04 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の反応ガス供給流量制御装置 |
| JP2007066845A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Denso Corp | 燃料電池システム |
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