JPS61216259A - 燃料電池システムの制御方法 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は燃料電池に水素ガスを供給する燃料改質器の制
御方式に関するものである。

（ロ）　従来技術 第２図は一般的な燃料電池−燃料改質器のシステム概要
図を示す。

改質器（１）はバーナー（２）を含む炉（３）内に触媒
層（４）の容器（４′）を配設してなり、導入弁＜５１
）　（５２）を経て触媒層（４）に送られた原料例えば
メタンとスチームの混合ガスは水素リッチガスに改質き
れ、この改質ガスはさらに後段の転化器（６）で−酸化
次素を低減処理されて後、供給弁（７）を経て電池の負
極に供給される。

さて改質反応は吸熱反応であり、一般に高温（約７５０
℃）で行われるが、安定な組成の改質ガスを得るために
は反応温度すなわち触媒層（４）の温度が最適な設定温
度に安定する様に制御することが重要となる。また熱サ
イクルによる改質器本体の材料劣化を抑制するためにも
炉（３）内の温度変動を小きくすることが望ましい。

従来は第２図の如く温度検出器（８）で触媒層（４）の
温度を検出して制御器（９ａ）に入力し、制御器で前記
温度信号と設定温度との差を演算して制御信号をバーナ
ー（２）の燃料供給弁（１０）に送り、弁の開度を調節
してバーナー（２）の熱量を制御することにより、触媒
層（４）の温度制御を行っていた。

なおバーナー燃料の流量変化に応じて設定された空燃比
になるよう燃焼用空気量も自動的に変化するが、その説
明は省略する。

しかし触媒層（４）の温度変化はバーナー（２）の熱量
変化に対して遅れがあるため、この方法では触媒層の温
度を安定化することは難かしい。

触媒層（４）の温度変動の主原因は、燃料電池負荷の変
動による原料の流量増減であり、今改質器（１〉へ供給
される原料が増加して触媒層〈４）の温度が低下した場
合について説明する。

原料の供給量が増加すると吸熱反応量の増大により触媒
層の温度が設定値より低下する。この温度低下を温度検
出器（８）で検出して制御器（９８）か　□らの信号に
よりバーナー燃料供給弁（’１０）の開度が増大するよ
う制御される。かくてバーナー熱量が増加して炉（３）
内の温度が上昇し、これに伴い触媒層（４）の温度が上
昇し始めて徐々に設定値に近づく。

一＼で燃料供給弁（１０〉の調節は触媒層（４）の温３
一 度を基準に行われており、一方触媒層の温度上昇は炉（
３）内の温度」二昇に対し遅れがあるため、バーナー（
２）の熱量が既に触媒層（４）の温度下降を補償する量
に達した時点において触媒層の温度は未だ設定値に達し
ていない。そのため制御器（９ａ）からは相変らず燃料
供給弁（１０）の開度をさらに増大させる信号が送られ
、バーナー（２）の熱１は触媒層の温度下降を補償する
に足る熱酸以上に増大する。その結果触媒層温度は設定
値に達して後きらにそれ以上に上昇してしまう。そうす
ると今度は制御器（９ａ）からバーナー前置を減少すへ
く燃料供給弁（１０）の開度を絞る信号が送られる。そ
の後は前述と逆の動作により今度は触媒層温度が設定値
以下に下降してしまう。

以上のように触媒層（４）の温度のみを検出していとい
う欠点があった。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点この発明は燃料
電池の負荷に応して改質器への原料の導入量が変化した
場合触媒層の温度を設定値に追従性良く安定させるよう
改質器を制御することを目的とする。

（二〉　　問題点を解決する為の手段 この発明は触媒層の検出温度信号に加えて煙道ガスの検
出信号を制御器に入力し、この煙道ガス温度信号をバー
ナー熱量調節用出力信号の演算補正項として利用するも
のである。

（ホ）　作用 この発明ではバーナー熱量の増減を直ちに反映する煙道
ガスの検出温度信号（±、制御器におし）てバーナー燃
料供給弁の開度を増減するよう、触媒層の検出温度信号
に対して補正演算を行なうので、触媒層温度が設定値に
速かに追従し、安定な：　　　　　　組成の改質ガスを
得ることができる。

（へ）実施例 本発明の実施例を第１図のシステム概要図につ１　　。

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９ｋ　ｊｔ　＄　２　Ｂ　ｋ　Ｐ　ｕ＠’ｋ　（”ｔ□ １　　　　　　した。

：　　　　　　　本発明では触媒層（４）の温度検出器
（８）の他番こ炉（３）の煙道（３′）に煙道ガスの温
度検出器（１１）を設置してこれら検出信号を制御器（
９ａ）に入力し、煙道ガスの温度を触媒層の温度信号に
対する補正項として演算し、その出力によりバーナー燃
料供給弁（１０’）の開度を調節する。

燃料電池（ＦＣ）の負荷電流は検出器（１２）で検出さ
れて制御器（９ｂ）に入力され、改質器（１）の原料導
入弁（５１）　（’５２）及び電池への水素ガス供給弁
〈７）などの開度設定信号を出力する。

今負荷が増大した場合導入弁（５ｓ）　（５２）より触
媒層（４）に送られる原料導入量が増加し、吸熱反応量
の増大により触媒層の温度が設定値より低下する。この
ときバーナー燃料供給弁（１０）の開度を増大させ、バ
ーナー熱量が上昇する。

ここで触媒層の温度上昇は炉（３°）内の温度上昇に対
して遅れがあるため、バーナー熱量すなわちバーナー燃
料供給弁の開度が、触媒層（４）の温度下降を補償する
量に達した時点において、触媒層温度は未だ設定値に達
していない。よって従来方式では制御器（９ａ）からは
相変わらず燃料供給弁（１０）の開度をきらに増大させ
る信号が送られてバーナー熱量がさらに増大し、触媒層
の温度が設定値に達した時点において、バーナー熱量は
触媒層の温度下降を補償する量を大きく上回ってしまい
、その結果触媒層の温度は設定値に達した後さらにそれ
以上に大きく上昇してしまう。従って触媒層温度が未だ
設定値に達していなくとも、バーナー熱量が十分増大し
て炉内温度が十分上昇した時点において、燃料供給弁の
開度増加を中止し、あるいは開度を減少させる必要があ
る。

このため本発明では煙道ガス温度を検出器（１１）で検
出してこの温度信号を触媒層（４）の検出温度信号と共
に制御器（９ａ〉に入力し、煙道ガス温度の適正値と比
較して適正値を上回れば、触媒層温度が未だ設定値に達
していなくても、燃料供給弁（１０〉の開度を抑制する
制御信号を出力して供給弁を絞るか、又は少くとも開度
増加を停止する。その結果バーナー熱量の過上昇が防止
され触媒層温度が設定値到達後過上昇するのを抑制する
よう働く。同様に触媒層温度の下降時には過下降を抑制
するよう働く。

この様にして、触媒層温度及び炉内温度の上下変動の少
い制御をすることができる。云いかえればバーナー熱量
の増減を直ちに反映する煙道ガスの温度検出により、触
媒層温度の設定値からの上下変動を補う程度にバーナー
熱量が制御されるので、触媒層の温度は従来に比し速か
に安定化する。

なお煙道ガス温度は、炉内の温度を直接検出した場合に
比し、バーナー炎のゆらぎなどによる温度の局部的変動
がなく、炉内温度すなわちバーナー熱量を反映するもの
として最も適している。又煙道ガス温度の適正値は、負
荷量を基準として演算で求めるか実験等により経験的に
設定する。

（ト）　効果 本発明は燃料改質器における触媒層と煙道ガスの各検出
温度信号を制御器で演算してバーナー熱量を調節するも
のであり、燃料電池の負荷変動にかへわらず、触媒層の
温度が設定値に追従性良く制御きれるので燃料電池に供
給きれる改質ガスは改質反応温度の安定化により量的・
組成的に安定すると共に、改質器の温度変動も小さくな
って熱サイクルによる構成材料の劣化を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は燃料電池用燃料改質器の制御方式を
説明するための系統図を示し、第１図は本発明方式、第
２図は従来方式の場合である。 １：燃料改質器、２：バーナー、３：炉、４：触媒層、
５１．５２　：原料導入弁、６：転化器、７：水素ガス
供給弁、８，１１．温度検出器、９ａ、９ｂＨ制御器、
１０：バーナー燃料供給弁、１２：負荷電流検出器、Ｆ
Ｃ：燃料電池。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料電池の負荷に応じて改質器への原料導入量を
   調節し、バーナーで加熱される炉内に配置した触媒層で
   生成する改質ガスを前記電池の負極に供給するものにお
   いて、前記触媒層の検出温度信号と前記炉からの煙道ガ
   スの検出温度信号とを制御器に入力して演算し、前記演
   算出力により前記触媒層の温度が速かに設定値に安定す
   るようバーナー熱量を制御せしめることを特徴とする燃
   料電池用燃料改質器の制御方式。