JPS58133774A - 燃料電池発電プラント制御システム - Google Patents
燃料電池発電プラント制御システムInfo
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- JPS58133774A JPS58133774A JP57015410A JP1541082A JPS58133774A JP S58133774 A JPS58133774 A JP S58133774A JP 57015410 A JP57015410 A JP 57015410A JP 1541082 A JP1541082 A JP 1541082A JP S58133774 A JPS58133774 A JP S58133774A
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- Japan
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- fuel cell
- outlet
- power generation
- control system
- hydrogen gas
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
特に急速な負荷追従を要求される燃料電池の制御ノステ
ムyc関する。
ムyc関する。
促米の燃料電池出口システムは、燃料電池および水1g
発生装置(改質装置あるいはリフオーマとけばれる)、
空気供給系から成る燃料電池発電システム會それぞれ独
立した制御装置によりmJmする構成になっていた。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μlく、大燃ガス(LNGIおよびナフサ’frm
燃料として供給する原燃料(大燃ガス)114節弁2O
0および原燃料(ナフサ)IJ41b9P217により
原燃料(天産ガス115およびナフサ116に混合した
複合燃料)101および水蒸気tItf調頗弁201に
より供給される水滓気102を人力し、′l1lE池2
05の出口の水素ガス107を燃料として熱を得、水素
リンチ・ガス103を生成する改質装置202.水素リ
ッチ・ガス103に含まれる一酸化炭素cot−水蒸気
と反応させ、炭酸ガスCO3と水#cntt生成させ主
水素ガス104を得るシフト・コンバータ203、電池
入口水素ガス105の流量を調節する電池水素ガス調節
弁!!04.電池で使用する酸素を供給する九め、改質
装置排ガス108を動力源とし、空気110を加圧する
空気供給系206、空気供給*206で作られた加圧空
気111から電池で必要とする電池入口空気112を得
る電池空気量調節弁2o7.電池2o5.およびガス中
の水分を回収する水分回収熱交換器211.213,2
15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。tた。電池出口水素ガス
107は、改質装置202の熱源および空気供給系20
6の動力源として使用された後、排ガス109として空
気中に排出される。このほか、改質装置202の起動の
ために使用する補助燃料114および補助空気118を
614節する補助燃料−2弁208および袖助窒式皺調
節弁220.電池出ロ水素ガスおよび畦池出口空気を再
循環させる水素再循環ファン209、水嵩内循壊量調節
弁210および空気貴循壌ファン218.空気再循壌量
調節弁218がめる。
発生装置(改質装置あるいはリフオーマとけばれる)、
空気供給系から成る燃料電池発電システム會それぞれ独
立した制御装置によりmJmする構成になっていた。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μlく、大燃ガス(LNGIおよびナフサ’frm
燃料として供給する原燃料(大燃ガス)114節弁2O
0および原燃料(ナフサ)IJ41b9P217により
原燃料(天産ガス115およびナフサ116に混合した
複合燃料)101および水蒸気tItf調頗弁201に
より供給される水滓気102を人力し、′l1lE池2
05の出口の水素ガス107を燃料として熱を得、水素
リンチ・ガス103を生成する改質装置202.水素リ
ッチ・ガス103に含まれる一酸化炭素cot−水蒸気
と反応させ、炭酸ガスCO3と水#cntt生成させ主
水素ガス104を得るシフト・コンバータ203、電池
入口水素ガス105の流量を調節する電池水素ガス調節
弁!!04.電池で使用する酸素を供給する九め、改質
装置排ガス108を動力源とし、空気110を加圧する
空気供給系206、空気供給*206で作られた加圧空
気111から電池で必要とする電池入口空気112を得
る電池空気量調節弁2o7.電池2o5.およびガス中
の水分を回収する水分回収熱交換器211.213,2
15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。tた。電池出口水素ガス
107は、改質装置202の熱源および空気供給系20
6の動力源として使用された後、排ガス109として空
気中に排出される。このほか、改質装置202の起動の
ために使用する補助燃料114および補助空気118を
614節する補助燃料−2弁208および袖助窒式皺調
節弁220.電池出ロ水素ガスおよび畦池出口空気を再
循環させる水素再循環ファン209、水嵩内循壊量調節
弁210および空気貴循壌ファン218.空気再循壌量
調節弁218がめる。
ところで、このような燃料電池発電システムで開繊とな
るのは、燃料電池出口の水素ガスおよび酸素ガスの#に
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#に
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#に素
を所定の量たけ消費し、燃料電池を出た水嵩ガス中の未
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システム
の効果は蛾大になるようVC設計されている。
を所定の量たけ消費し、燃料電池を出た水嵩ガス中の未
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システム
の効果は蛾大になるようVC設計されている。
したがって、燃料電池出口の水嵩ガス中の水嵩護叢およ
び酸素ガス中のa!木濃度が所定の値からtよ−rれる
と燃料電池発電7ステムの効率が低下するという問題が
ある。
び酸素ガス中のa!木濃度が所定の値からtよ−rれる
と燃料電池発電7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漣に保ち、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漣に保ち、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嵩濃度および
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るために。
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るために。
燃料電池出口の水lA濃度および酸素濃度が所定の値に
なるように燃料電池の水嵩ガスおよび酸素ガス再循ma
tを調節するところに特徴がある。
なるように燃料電池の水嵩ガスおよび酸素ガス再循ma
tを調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、 α)燃料電池制御系(1112図参照)伐) 改質装置
制御系(第3図参照) (3)空気供給系の制−系(第S図、第6図参照)(4
) 再循環*O制御系(嬉7図参照)以下、4つの制
御系の一実施例によシス体的にその制御方法を説明する
。
きく次の4つに分けられる、 α)燃料電池制御系(1112図参照)伐) 改質装置
制御系(第3図参照) (3)空気供給系の制−系(第S図、第6図参照)(4
) 再循環*O制御系(嬉7図参照)以下、4つの制
御系の一実施例によシス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
電池出口水嵩a11度設定値発生器400から電池出目
水嵩濃度設定埴500を得、電池出口水木製it慣出器
301で−j定された′電池出口の水本磯度信号501
との偏差502を求め(減算!401)、比例・積分等
のフィード・バック制御演JIt−実画しくフィード・
バンク制御1141器402)、フィード・パンク制御
値41+502を得る。一方、フィード・フォワード制
N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1ii1#偏号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・バンク制御信号503の加算に
より弁204への操作信号506t−決するが、llL
a水素ガス関節弁2節介の前圧すなわち主水素ガス圧力
偏差値号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
電池出口水嵩a11度設定値発生器400から電池出目
水嵩濃度設定埴500を得、電池出口水木製it慣出器
301で−j定された′電池出口の水本磯度信号501
との偏差502を求め(減算!401)、比例・積分等
のフィード・バック制御演JIt−実画しくフィード・
バンク制御1141器402)、フィード・パンク制御
値41+502を得る。一方、フィード・フォワード制
N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1ii1#偏号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・バンク制御信号503の加算に
より弁204への操作信号506t−決するが、llL
a水素ガス関節弁2節介の前圧すなわち主水素ガス圧力
偏差値号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次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。
加した場合を例に説明する。すなわち。
電池出力が増〃口すると′IIL池内で消費される水素
量が増加−Iる。このため、゛電池出口の水lA濃度5
01が低下し、これを補償するようにフィード・パック
制御器402が働き、弁204を開くことにより、電池
出口の水素11度Solを回復させる。ところが、弁2
G4を開けば、主水素ガス圧力521が低下するが、一
般に、燃料改質装置202(1111図)の応答が遅い
ため、主水嵩ガス圧力521の回復が遅い。このように
、電池出口の水嵩一度501のみで弁2G4を制御する
と主水素ガス圧力521が低下し続けると−う問題が生
じる。主水素ガス圧力偏差信号s22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を閉じる方向に働く。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6210変動を抑える効果がある。II&能ブロブロ
ック405上記趣旨から。
量が増加−Iる。このため、゛電池出口の水lA濃度5
01が低下し、これを補償するようにフィード・パック
制御器402が働き、弁204を開くことにより、電池
出口の水素11度Solを回復させる。ところが、弁2
G4を開けば、主水素ガス圧力521が低下するが、一
般に、燃料改質装置202(1111図)の応答が遅い
ため、主水嵩ガス圧力521の回復が遅い。このように
、電池出口の水嵩一度501のみで弁2G4を制御する
と主水素ガス圧力521が低下し続けると−う問題が生
じる。主水素ガス圧力偏差信号s22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を閉じる方向に働く。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6210変動を抑える効果がある。II&能ブロブロ
ック405上記趣旨から。
単なる比例でも良いし、ある閾値を超え死時のみ働き、
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の変動を抑制する機
能を弁2040制御畢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の変動を抑制する機
能を弁2040制御畢に付加するものであればよい。
蘂2図の電池空気蓋調節弁207も全く同様に。
−曲出口咳木濃度設定値発生器406に・より中給から
の負荷指令LDの関数として電池用ロ#素設定1150
1得、電池出ロ#2嵩濃度検出器302C測にされたI
lkl製本信号508との偏差を求め(誠II#器40
1)、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408)、フィード・パッ
ク制御信号510t−得る。−力、フィード・フォワー
ド制御器409でeま、中給からの負荷指令LDの関数
として弁2079ノイード・フォワード制御信号511
を求める。
の負荷指令LDの関数として電池用ロ#素設定1150
1得、電池出ロ#2嵩濃度検出器302C測にされたI
lkl製本信号508との偏差を求め(誠II#器40
1)、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408)、フィード・パッ
ク制御信号510t−得る。−力、フィード・フォワー
ド制御器409でeま、中給からの負荷指令LDの関数
として弁2079ノイード・フォワード制御信号511
を求める。
yP207の操作ifi号513は、このフィード・7
オソ一ド制岬信号511の他に、フィード・バックIf
i+1lI411@号510.空気tg節節介圧(主空
気圧)J)偏産徊号562によシ決められる。ブロック
411の峨dヒ及び効果は、ブロック405と全く間挿
でめる。
オソ一ド制岬信号511の他に、フィード・バックIf
i+1lI411@号510.空気tg節節介圧(主空
気圧)J)偏産徊号562によシ決められる。ブロック
411の峨dヒ及び効果は、ブロック405と全く間挿
でめる。
次に、改買装Vi、制御系の一実施例を第3図を用いて
説明する。図でまず電池水素ガス調節弁204O前圧で
ある主水素ガス系圧力設定値発生6420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@62
0を求める。次に、主水素ガス系圧力検出値521との
、l差522を求め(ブロック421)、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422
)、フィード・パック制御信号523を決定する。一方
、フィード・7オワード制御器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。
説明する。図でまず電池水素ガス調節弁204O前圧で
ある主水素ガス系圧力設定値発生6420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@62
0を求める。次に、主水素ガス系圧力検出値521との
、l差522を求め(ブロック421)、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422
)、フィード・パック制御信号523を決定する。一方
、フィード・7オワード制御器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、82図に示した電池出口水素濃
度偏差信号502を入力し、弁204の動作と&1ii
lして弁200・217を動作させるための機能で17
.弁2G4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502を入力し、弁204の動作と&1ii
lして弁200・217を動作させるための機能で17
.弁2G4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、上で得られ九原燃料デマンド信号526に従って
弁200および弁217t−用いて原燃料量を操作する
が、これについて説明する。まず土水素ガス系水素5i
tf&定値発生器432によシ中給からの負荷指令LD
の関数として王水嵩ガス系水素d111f設定櫨534
を得、主水素ガス系水素−鍵検出器305で一定された
水X1llII&信号535とのiJA差倉水め(減算
器433)、比例・積分等のフィード・パンク制御演X
t−実施しくフィード・バック制#器434)、フィー
ド・バンク制御11i号537を求める。一方、フィー
ド・フォワード制#6435では、中給からの負#指令
LDの関数として升200の原燃料分担率のフィード・
フォワード制御1111m号538に求める。弁200
の原燃料分担率539は、このフィード・フォワード1
tilJ @if 1!1号538の他に、フィード・
パック制御i8s’t537により決められる。弁20
0の操作信号540は、原燃料デマンド526・に弁2
00の原燃料分担率539に掛けて求められる(乗算器
437)。また、弁217の操作信号543は。
弁200および弁217t−用いて原燃料量を操作する
が、これについて説明する。まず土水素ガス系水素5i
tf&定値発生器432によシ中給からの負荷指令LD
の関数として王水嵩ガス系水素d111f設定櫨534
を得、主水素ガス系水素−鍵検出器305で一定された
水X1llII&信号535とのiJA差倉水め(減算
器433)、比例・積分等のフィード・パンク制御演X
t−実施しくフィード・バック制#器434)、フィー
ド・バンク制御11i号537を求める。一方、フィー
ド・フォワード制#6435では、中給からの負#指令
LDの関数として升200の原燃料分担率のフィード・
フォワード制御1111m号538に求める。弁200
の原燃料分担率539は、このフィード・フォワード1
tilJ @if 1!1号538の他に、フィード・
パック制御i8s’t537により決められる。弁20
0の操作信号540は、原燃料デマンド526・に弁2
00の原燃料分担率539に掛けて求められる(乗算器
437)。また、弁217の操作信号543は。
定数lに相当する信号541から弁200の原燃料1r
也率539を差引き(減算器438)、得らl[た升2
17の原燃料分担率542に原燃料デマンド826を掛
けて求められる(乗算器439)。
也率539を差引き(減算器438)、得らl[た升2
17の原燃料分担率542に原燃料デマンド826を掛
けて求められる(乗算器439)。
ま九、水蒸気流量関節弁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426により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527を得、主水素ガス系水
分検出wM3G4で測定され良木分信号528との偏差
を求め(減算器427 )、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@
42B)、フィード・パック制御信号510t−得る。
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426により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527を得、主水素ガス系水
分検出wM3G4で測定され良木分信号528との偏差
を求め(減算器427 )、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@
42B)、フィード・パック制御信号510t−得る。
一方。
フィード・フォワード制御器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・7オワ一
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・7オワ一ド制御信号531とフィー
ド・パック制御信号53G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・7オワ一
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・7オワ一ド制御信号531とフィー
ド・パック制御信号53Gにより決められる。
まえ、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558は。
20の操作信号557および558は。
第4図のようにして決定する。まず、リフオーマ出口水
素リッチ・ガス系温度設定値発生6450yc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
、リフオーマ出ロ水素すッチガス糸縣度噴出器308で
測定された1度信号551との偏差を求め(減算器45
1)、比例・槓分勢のフィード・バンク制御1演算を実
施しくフィード・バック制$415453)、フィード
・バック制御イgttssat得る。一方、フィード・
フォワード制御114I器454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555を求める。また、オーバ/アンス・ファ
イアリング制御器452では、中給からの負荷指%LD
の時間変化に応じて補助燃料をオーバ/アノダ・ファイ
アリングする制御信号554を求める。升20gの操作
信号557は、上記のフィード・フォワード市I」1i
ill 11号555.フィード・バンク制御1411
g号553およびオーバ/アンス・ファイアリング制@
l徊号554により決められる。弁220の操作信号5
58は、比率設定器457にわ・いて升208の操作信
号557より、補助燃料114と補助空気118とが一
定の比率を保持するように決定される。
素リッチ・ガス系温度設定値発生6450yc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
、リフオーマ出ロ水素すッチガス糸縣度噴出器308で
測定された1度信号551との偏差を求め(減算器45
1)、比例・槓分勢のフィード・バンク制御1演算を実
施しくフィード・バック制$415453)、フィード
・バック制御イgttssat得る。一方、フィード・
フォワード制御114I器454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555を求める。また、オーバ/アンス・ファ
イアリング制御器452では、中給からの負荷指%LD
の時間変化に応じて補助燃料をオーバ/アノダ・ファイ
アリングする制御信号554を求める。升20gの操作
信号557は、上記のフィード・フォワード市I」1i
ill 11号555.フィード・バンク制御1411
g号553およびオーバ/アンス・ファイアリング制@
l徊号554により決められる。弁220の操作信号5
58は、比率設定器457にわ・いて升208の操作信
号557より、補助燃料114と補助空気118とが一
定の比率を保持するように決定される。
第5図は、空気供給系206の機器構成を示す。
図で、動力源は燃料改質装置202の排ガス10Bで、
この排ガスでガス・タービン2062を駆動し。
この排ガスでガス・タービン2062を駆動し。
このガス・タービン2063に直結し九圧縮lI206
3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。圧縮された空気11
1は、弁207(第1図)により燃料電池で必要とされ
る空気量を引き抜かれ、残りは弁2061を介してガス
・タービン2062の排ガス10Gとして排出される。
3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。圧縮された空気11
1は、弁207(第1図)により燃料電池で必要とされ
る空気量を引き抜かれ、残りは弁2061を介してガス
・タービン2062の排ガス10Gとして排出される。
また1図では省略したが、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)5g1の設定値56(1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)イード・パック制御演算を実施しくブロ
ック462ノ、フィード・バック制御信号563t−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)5g1の設定値56(1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)イード・パック制御演算を実施しくブロ
ック462ノ、フィード・バック制御信号563t−決
定する。
−万、フィード・フォワード制御器463では。
中給からの負#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。
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び、
弁207 K対応した弁215の信号565を決定する
。
弁207 K対応した弁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7L凶を用いて
説明する。図でまず、亀油出ロ水素ガス系圧力設定値発
生−470VCより中給からの負荷宿性LDの関数とし
て電池出口水素ガス系圧力設定1直570倉ボめる。次
に、電池用1」水素ガス系圧力信号571との偏差57
2を求め(ブロック471、比例・積分等のフィード・
バック制御波jlIt−実施しくブロック4721、フ
ィード・バンク制御信号573を決定する。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の関数として水嵩外循環艙調節弁210の71−
ド・フォワード信号574を求める。また、ブロック4
75は、酸素再循環量−節介219の動作と協調して弁
210に動作させるための機能であり、弁219C)信
号に対応して弁210の信号575を計算する。弁21
Gの操作信号576は、これら3つの信号573.57
4.575の和として求められる。
説明する。図でまず、亀油出ロ水素ガス系圧力設定値発
生−470VCより中給からの負荷宿性LDの関数とし
て電池出口水素ガス系圧力設定1直570倉ボめる。次
に、電池用1」水素ガス系圧力信号571との偏差57
2を求め(ブロック471、比例・積分等のフィード・
バック制御波jlIt−実施しくブロック4721、フ
ィード・バンク制御信号573を決定する。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の関数として水嵩外循環艙調節弁210の71−
ド・フォワード信号574を求める。また、ブロック4
75は、酸素再循環量−節介219の動作と協調して弁
210に動作させるための機能であり、弁219C)信
号に対応して弁210の信号575を計算する。弁21
Gの操作信号576は、これら3つの信号573.57
4.575の和として求められる。
また、同図O酸素再循環量調節弁219の操作信号59
1は1次のようにして決定する。まず。
1は1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
により中給からの負荷指令LDの関数として水軍ガス系
/空気系水分比設定!158Gを得。
により中給からの負荷指令LDの関数として水軍ガス系
/空気系水分比設定!158Gを得。
電池出口水素ガス系水分検出6306および電池出口空
気系水分検出1t)307で測定され九本分信号577
.578の比579との偏差を求め(IR算器411)
、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6485)、フィード・パック制
御信号582を得る。一方、電池出ロ水素ガス系/空気
系差圧設定値発生器476では、中給からの負荷指令L
Dの関数として差圧設定値583を求める。電池用ロ空
気糸圧力設定115&&は、この差圧設定値583の他
に、フィード・バック制m信号582.電池出ロ水木ガ
ス系圧力信号571により決められ、電池出目空気系圧
力検出312で1111定された空気圧力僅呼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・バック制御器
479)、フィード・バンク制#信号588を得る。ま
た、フィード・フォワード制@番480では、中給から
の負荷癲情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5
91は、このフィード・フォワード制御信号589の他
VC,フィード・バンク制御信号588゜゛蝋油出ロ水
素ガス系圧力偏差572により決められる。
気系水分検出1t)307で測定され九本分信号577
.578の比579との偏差を求め(IR算器411)
、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6485)、フィード・パック制
御信号582を得る。一方、電池出ロ水素ガス系/空気
系差圧設定値発生器476では、中給からの負荷指令L
Dの関数として差圧設定値583を求める。電池用ロ空
気糸圧力設定115&&は、この差圧設定値583の他
に、フィード・バック制m信号582.電池出ロ水木ガ
ス系圧力信号571により決められ、電池出目空気系圧
力検出312で1111定された空気圧力僅呼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・バック制御器
479)、フィード・バンク制#信号588を得る。ま
た、フィード・フォワード制@番480では、中給から
の負荷癲情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5
91は、このフィード・フォワード制御信号589の他
VC,フィード・バンク制御信号588゜゛蝋油出ロ水
素ガス系圧力偏差572により決められる。
本@明り一夾#111例においてtま、改質装置202
への水魚alozの供給tを主水素ガス系の水分フィー
ド・バンクにより制御するようにしたが(第3図径間)
、第8図にボすように主水素ガス系の一酸化炭素(CO
)濃度フィード・パックにより制御するようにしてもよ
い、すなわち、まず。
への水魚alozの供給tを主水素ガス系の水分フィー
ド・バンクにより制御するようにしたが(第3図径間)
、第8図にボすように主水素ガス系の一酸化炭素(CO
)濃度フィード・パックにより制御するようにしてもよ
い、すなわち、まず。
水素ガス系−酸化炭素機度設定値発生器600に−より
中給からの負荷指令LDO関数として主水嵩ガス系−酸
化炭嵩設定値700を得、主水嵩ガス5系−酸化炭素濃
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(1ft、算器601)、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#l器602)。
中給からの負荷指令LDO関数として主水嵩ガス系−酸
化炭嵩設定値700を得、主水嵩ガス5系−酸化炭素濃
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(1ft、算器601)、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#l器602)。
フィード・バック制御信号70Bを得る。一方、フィー
ド・フォワード制御9603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・フォーワード制
御信号704を求める。弁201の操作信号705は、
このフィード・フォワード11J岬信号704とフィー
ド・パック制御信号703により決められる。
ド・フォワード制御9603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・フォーワード制
御信号704を求める。弁201の操作信号705は、
このフィード・フォワード11J岬信号704とフィー
ド・パック制御信号703により決められる。
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・フォワー
ド制御信号を決定するようにし九が、中給からの負荷指
令LD相轟の信号であればよい。例えば、電池出口電流
でもよい。また、オベレータにより設定された負荷デマ
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・フォワー
ド制御信号を決定するようにし九が、中給からの負荷指
令LD相轟の信号であればよい。例えば、電池出口電流
でもよい。また、オベレータにより設定された負荷デマ
ンドでもよい。
発明の一実施例においては 電池用ロ空気系圧力設定埴
を電池用ロ水素ガス系圧カイd号と電池出し」水素ガス
糸/仝気系差圧設定値により決めるようにしたが、電池
用ロ水嵩ガス系圧力設定値と電池用ロ水素ガス糸/22
気糸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目空気系圧
力設定値を決め、電池出ロ水嵩ガス系圧力設定直を電池
出ロ水本ガス糸/空気糸差圧設定値と′越油出ロ空気系
圧力16′wIるるいは電池用ロ受気系圧力設定値によ
り決めるようにしてもよい。
を電池用ロ水素ガス系圧カイd号と電池出し」水素ガス
糸/仝気系差圧設定値により決めるようにしたが、電池
用ロ水嵩ガス系圧力設定値と電池用ロ水素ガス糸/22
気糸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目空気系圧
力設定値を決め、電池出ロ水嵩ガス系圧力設定直を電池
出ロ水本ガス糸/空気糸差圧設定値と′越油出ロ空気系
圧力16′wIるるいは電池用ロ受気系圧力設定値によ
り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X磯度と直池出
口酸素1111f、をそれぞれ電池水素ガス流量と電池
仝気fi菫により制御し、電池用ロ水素ガス糸圧力と屯
油出日g!気糸圧力金それぞれ水素再循JJ1mと空気
再循環量により制御するようにし九が、直油出ロ水嵩ガ
ス糸圧力と電池出口g!、気系正系圧力れぞれ喝池水嵩
ガス流蓋と電池空気流tにより仙呻し、″暖油出日水1
g濃度と電池出口酸素濃[をそれぞれ水嵩再循環量と空
気再循環量にょ多制御するようにしてもよい。
口酸素1111f、をそれぞれ電池水素ガス流量と電池
仝気fi菫により制御し、電池用ロ水素ガス糸圧力と屯
油出日g!気糸圧力金それぞれ水素再循JJ1mと空気
再循環量により制御するようにし九が、直油出ロ水嵩ガ
ス糸圧力と電池出口g!、気系正系圧力れぞれ喝池水嵩
ガス流蓋と電池空気流tにより仙呻し、″暖油出日水1
g濃度と電池出口酸素濃[をそれぞれ水嵩再循環量と空
気再循環量にょ多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
うにし良が、原燃料の組成を針側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
うにし良が、原燃料の組成を針側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Fi、、改質装置および燃料電
池の運転条件(温度、圧力)は予め決めておいたものを
利用するようにし九が%原燃料の組成を針側して仁の結
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Kしてもよい。
池の運転条件(温度、圧力)は予め決めておいたものを
利用するようにし九が%原燃料の組成を針側して仁の結
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K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
示しなかつ九が、こC)fHIII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
ワード劃−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1度針側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。
示しなかつ九が、こC)fHIII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
ワード劃−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1度針側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、燃料電池出口の水素製置およびa!素#!藏
がF9r定の籠になるように燃料電池の水素ガスふ・よ
び酸素ガス^循環流蓋會調節するので、燃料4池gaプ
ラントの効率を向上させることができる効果がめる。
がF9r定の籠になるように燃料電池の水素ガスふ・よ
び酸素ガス^循環流蓋會調節するので、燃料4池gaプ
ラントの効率を向上させることができる効果がめる。
第1図は、本発明の制御対象でるる燃料電池発−ノ゛フ
ントの概略構成、@2図は、燃料電池出口系の一実施例
、第3.4図は、燃料改質装置制御系v)−実施例、第
5図eよ、空気供給系の機器構成、第6図1よ、空気供
給系の制御丞の一実施例、第7図は、再循環量の制−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・・
・水素リノザ・ガス、104・・・王水系ガス、105
・・・電池人[j水素ガス、106・・・−油出口電流
、107・・・電池出口水素ガス、108・・・改質装
置排ガス、109・・・排ガス、110・・・空気、1
11・・・加圧窒4.112・・・蝋池人口空気、11
3・・・′−池油出空A 114・・・補助燃料、1
15・・・原燃料(LNG)。 116・・・原燃料(ナフサ)、117・・・水蒸気、
118・・・補助空気、20G・・・原燃料(LNG)
調節弁、201・・・水蒸気流量関節弁、202・・・
改質装置(リフオーマ)、 2Oa・・・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、207・・・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・・・水素再循環量関節弁、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−
節茅40 .308 茅5″目 算8図 3//
ントの概略構成、@2図は、燃料電池出口系の一実施例
、第3.4図は、燃料改質装置制御系v)−実施例、第
5図eよ、空気供給系の機器構成、第6図1よ、空気供
給系の制御丞の一実施例、第7図は、再循環量の制−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・・
・水素リノザ・ガス、104・・・王水系ガス、105
・・・電池人[j水素ガス、106・・・−油出口電流
、107・・・電池出口水素ガス、108・・・改質装
置排ガス、109・・・排ガス、110・・・空気、1
11・・・加圧窒4.112・・・蝋池人口空気、11
3・・・′−池油出空A 114・・・補助燃料、1
15・・・原燃料(LNG)。 116・・・原燃料(ナフサ)、117・・・水蒸気、
118・・・補助空気、20G・・・原燃料(LNG)
調節弁、201・・・水蒸気流量関節弁、202・・・
改質装置(リフオーマ)、 2Oa・・・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、207・・・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・・・水素再循環量関節弁、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−
節茅40 .308 茅5″目 算8図 3//
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、圧縮し九酸素カ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、燃料電池出口の水嵩一度に応じて燃料電池の水
素ガス再循環流1を関節することを特徴とする燃料電池
発電プラント制御システムっ 2、特許請求の範囲第1項記載の燃料電池発電プラント
制御システムにおいて、負荷指令の関数として燃料電池
の水素ガス再循環流量をフィード・フォワード制御する
と共に、燃料電池出口の水素111fに応じてllA科
電池の水素ガス再循環流量を補正制御することを特徴と
する燃料電池発電プラント制御システム。 1 特許請求の範囲第1項記載の燃料電池発電プラント
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―縦設定値を決め、これらの設定値と燃料電
池出口の水素濃度との偏差をフィード・パック制御処理
した信号により燃料電池の水素ガス再循環流量を調節す
ることを特徴とする燃料電池発電プラント制御システム
。 表 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iて、燃料電池出口O酸素濃度に応じて燃料電池の
酸素ガス再循a重量を調節することを特徴とする燃料電
池発電プラント制@/ステム。 & 特許請求の範囲第4現記@0燃料電池発電プラント
制御システムにおいて、負荷指令の関数として燃料電池
の酸素ガス再循mR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濃度に応じて燃料電池の酸
素ガス再循m流量を補正制御することを特徴とする燃料
電池発電プラント制御システム。 a %許請求O範11m1114項記載の燃料電池発電
プラン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濃度設定値を決め、この設ボ1直と
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の1!&素ガス再循壌流
量を調節することを特徴とする燃料電池発電プラント制
御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57015410A JPS58133774A (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 |
|---|---|---|---|
| JP57015410A JPS58133774A (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 |
|---|---|
| JPS58133774A true JPS58133774A (ja) | 1983-08-09 |
Family
ID=11887962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57015410A Pending JPS58133774A (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) | JPS58133774A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4859545A (en) * | 1988-05-05 | 1989-08-22 | International Fuel Cells Corporation | Cathode flow control for fuel cell power plant |
| JPH0620714A (ja) * | 1992-06-30 | 1994-01-28 | Hitachi Ltd | 燃料電池および電解質含浸処理方法 |
| US6686078B1 (en) | 2000-09-29 | 2004-02-03 | Plug Power Inc. | Method of reformer operation to prevent fuel cell flooding |
| EP1235291A3 (en) * | 2001-02-21 | 2004-05-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2007066845A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Denso Corp | 燃料電池システム |
-
1982
- 1982-02-01 JP JP57015410A patent/JPS58133774A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4859545A (en) * | 1988-05-05 | 1989-08-22 | International Fuel Cells Corporation | Cathode flow control for fuel cell power plant |
| JPH0620714A (ja) * | 1992-06-30 | 1994-01-28 | Hitachi Ltd | 燃料電池および電解質含浸処理方法 |
| US6686078B1 (en) | 2000-09-29 | 2004-02-03 | Plug Power Inc. | Method of reformer operation to prevent fuel cell flooding |
| EP1235291A3 (en) * | 2001-02-21 | 2004-05-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US7108932B2 (en) | 2001-02-21 | 2006-09-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2007066845A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Denso Corp | 燃料電池システム |
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