JP2006207412A - 予混合圧縮自着火機関及びそれを用いた複合発電システム - Google Patents
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Abstract
高温作動型燃料電池を備えた発電システムであって、負荷追従が容易であるような複合発電システム及びその制御方法の提供。
【解決手段】空気供給系統(Ae)及び/又は予混合気供給系統(M)に熱交換器(排ガス熱交換器5,51,52の何れか)が介装されており、該熱交換器(排ガス熱交換器5,51,52の何れか)は燃料電池(固体酸化物型燃料電池SOFCや溶融炭酸塩型燃料電池MCFCの様な高温作動型燃料電池1)の排気ガス系統(Gf2)に介装されており、燃料電池(1)の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関(2)に供給される空気(Ae)及び/又は予混合気(M)へ投入する様に構成されていることを特徴としている。
【選択図】図1
Description
尚、ここで供給燃料の発熱量に対する、燃料電池の発電反応に相当する熱量、(燃料電池の発電電力に相当する熱量と、燃料電池における発熱に相当する熱量の和)の比は、一般に燃料利用率と呼ばれる。
また、高温作動型燃料電池を備えた発電システムであって、負荷追従が容易であるような複合発電システム及びその制御方法の提供を目的としている。
本発明はその様な着想から創作されたものである。
ここで、燃料電池(1)の空気極(11)に供給する空気流量を制御する手段(ブロワ3)と、燃料電池(1)の燃料極(12)に供給する燃料流量を制御する手段(流量調整弁30)、とを有するのが好ましい。
ここで、燃料電池(1)の空気極(11)に供給する空気流量を制御する手段(ブロワ3)と、燃料電池(1)の燃料極(12)に供給する燃料流量を制御する手段(流量調整弁30)、とを有しているのが好ましい。
ここで、燃料電池(1)の空気極(11)に供給する空気流量を制御する手段(ブロワ3)と、燃料電池(1)の燃料極(12)に供給する燃料流量を制御する手段(流量調整弁30)と、燃料電池(1)のオフガス生成室(14A)から流出するオフガスが流過するライン(Gf11)から供給系統(Ae2)に合流している前記オフガスライン(Gf12)へ流れる流入量を制御する制御手段(三方弁41)とを有しているのが好ましい。
ここで、燃料電池(1)の空気極(11)に供給する空気流量を制御する手段(ブロワ3)と、燃料電池(1)の燃料極(12)に供給する燃料流量を制御する手段(流量調整弁30)と、燃料電池(1)のオフガス生成室(14A)から流出するオフガスが流過するライン(Gf11)から供給系統(Ae3)に合流している前記オフガスライン(Gf14)へ流れる流入量を制御する制御手段(三方弁41)とを有しているのが好ましい。
さらに、高温作動型燃料電池(1又は1A)の高温の排気ガスやオフガスが保有する熱エネルギーを有効に利用することが出来る。
すなわち、高温作動型燃料電池(1又は1A)と、予混合圧縮自着火機関(2,2A〜2Cの何れか)とが、互いの強み、弱みを補完し合えるのである。
また、高温作動型燃料電池1と予混合圧縮自着火エンジン2とを組み合わせることにより、予混合圧縮自着火エンジン2の弱点が補われる。
図1は、高温作動型燃料電池1の排ガスで排熱交換器5を用いて予混合圧縮自着火エンジン2に供給される空気(吸気管Ae1を流過する空気)を加熱する実施例であった。
それに対して、図2は、高温作動型燃料電池1の排ガスで排熱交換器51を用いて、予混合圧縮自着火エンジン2に供給される予混合気Mを加熱している。
その他については、図1と同様であって、以降の説明を省略する。
図1は、高温作動型燃料電池1の排ガスで予混合圧縮自着火エンジン2に供給される空気(吸気管Ae1を流過する空気)を排ガス熱交換器5で加熱する実施例であり、図2は、高温作動型燃料電池1の排ガスで、予混合圧縮自着火エンジン2に供給される予混合気Mを加熱する実施例であった。
それに対して、図3は、排熱交換器52を用いて高温作動型燃料電池1の排ガスで、予混合圧縮自着火エンジン2に供給される空気と、予混合圧縮自着火エンジン2に供給される予混合気Mとを共に加熱している。
その他については、図1及び図2と同様であって、以降の説明を省略する。
それに対して、図4の第2実施形態では、高温作動型燃料電池1の排ガスを、予混合圧縮自着火エンジン2Aの吸気系、即ち、過給機27のコンプレッサ27cに、直接供給する実施形態である。以下、図4に基づいて、第1実施形態と異なる点について説明する。
また、燃料電池1の排ガスがエンジンの予混合気として不充分な場合は、空気及び燃料を供給する供給ラインAFeから空気などを追加することが出来る。
更に、燃料電池1の排ガスが自着火エンジン2の予混合気として過剰な場合は、前記3方弁の排気管Gf2側を絞ってやればよい。
それに対して、第3実施形態は、高温作動型燃料電池1のオフガスを予混合圧縮自着火エンジン2Bの吸気系統である吸気管Ae2にオフガス添加装置65を介して添加している。
以下、図5に基づいて、第3実施形態について説明する。
そこで、図5の第3実施形態では、オフガスを圧縮自着火の促進剤として、予混合圧縮自着火エンジン2B側の吸気管Ae2に添加している。
その他については、上述の各実施形態と実質的に同様である。
供給ラインAFeから供給された空気及び燃料は前記吸気管Ae3を流過する酸素を含んだオフガスと混じりあって予混合気Mが形成され、その予混合気Mが吸気弁25を介してシリンダ21内に流入する様に構成されている。
具体的には、自着火エンジン2の図示しないクランク軸に発電機7の図示しない回転軸を直結させ、発電機7で発電した電力Weを燃料電池1で発電した電力Wfと集電装置8で集電し(終電下電力を符号Wで示す)、電力需要9に投入する様に構成されている。
すなわち、高温作動型燃料電池1では定負荷発電運転を行い、負荷の変動に対しては、予混合圧縮自着火エンジン2側の発電機7により負荷追従運転をさせることにより、複合発電システム全体としての負荷追従性を向上させることが出来る。
その他の構成及び作用効果については、図1の第1実施形態と同様である。
図8の第5実施形態と同様に、予混合圧縮自着火エンジン2Aの不利な点を補うだけではなく、負荷変動に対しては、予混合圧縮自着火エンジン2A側の発電機7により負荷追従運転をさせることにより、複合発電システム全体としての負荷追従性を向上させることが出来るので、高温作動型燃料電池1における「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
予混合圧縮自着火エンジン2Bの不利な点を補うだけではなく、高温作動型燃料電池1Aにおける「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
予混合圧縮自着火エンジン2Cの不利な点を補うだけではなく、高温作動型燃料電池1Aにおける「負荷追従性が悪い」という弱点を補うことが出来る。
その他の構成及び作用効果については、図6の第4実施形態と同様である。
図13の第9実施形態は、燃料電池から高温排気ガスやオフガスの流量を制御することで、自着火エンジンに供給する混合気の熱交換量を制御し、自着火エンジンに供給する予混合気の温度に変化させることで自着火特性を制御し、これによりエンジンの出力を制御する実施形態である。
尚、図2の第1実施形態の第1変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップS3では、自着火エンジン2の予混合気Mへの投入熱量をそのまま維持する。また、図3の第1実施形態の第2変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップS3では、自着火エンジン2の供給空気及び予混合気Mへの投入熱量をそのまま維持する。
尚、図2の第1実施形態の第1変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップS3では、自着火エンジン2の予混合気Mへの投入熱量を減少させる。また、図3の第1実施形態の第2変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップS3では、自着火エンジン2の供給空気及び予混合気Mへの投入熱量を減少させる。
尚、図2の第1実施形態の第1変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップS3では、自着火エンジン2の予混合気Mへの投入熱量を増加させる。また、図3の第1実施形態の第2変形例に同様の制御ユニット及び制御方法を付帯させた場合では、ステップS3では、自着火エンジンへの供給空気及び予混合気Mへの投入熱量を増加させる。
或いは、図3(第1実施形態の第1変形例)で示す如く、予混合圧縮自着火エンジン2に供給される空気及び予混合気Mの双方を同時に加熱しても良い。
この実施形態(第10実施形態)と第11実施形態、第12実施形態の具体的な制御については、図17〜図19の第13実施形態以降で説明する。
即ち、コントロールユニット10Aは、3方弁41の各ポートの開度を調節することで、オフガス燃焼室に投入するオフガス量や、自着火エンジン2Bの吸気系(吸気管)Ae2に投入するオフガス量を調節して、燃料電池1Aと自着火エンジン2Bを最適に運転制御している。
具体的には、図17で示す制御は、高温作動型燃料電池(第10実施形態では符号は1、第11、第12実施形態では符号は1A)の排気ガス或いはオフガスが保有する熱量に着目し、燃料電池の排気ガスやオフガスの割合を制御することで自着火エンジンの出力を制御する実施形態である。
排気ガス量及び吸気系(吸気管)Ae2に投入するオフガス量を減少させれば、予混合気の温度は下降する。そして、混合気の温度が下降すれば自着火は相対的に燃料リッチで生じることとなり、予混合エンジンの出力は上がる。
排気ガス量又は吸気系(吸気管)Ae2に投入するオフガス量を増加させれば、予混合気の温度は上昇する。そして、混合気の温度が上昇すれば自着火は相対的に燃料リーンで生じることととなり、予混合エンジンの出力は下がる。
即ち、排気ガスやオフガスの割合を増加させれば予混合気は昇温し、その結果、自着火は燃料リーン側で生じることとなり、自着火エンジンは出力が低下することを利用する制御である。
尚、システムは、図14の第10実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
ここで、排気ガス割合を増加させた場合は、予混合気M中のCO2,H2O(水蒸気)濃度が上昇し、自着火を抑制する。一方、排気ガス割合を減少させた場合は、予混合気M中のCO2,H2O(水蒸気)濃度が低下し、自着火を促進する。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段61を燃料が増加する側に操作してステップS29に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段61を燃料が減少する側に操作してステップS28に進む。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段61を燃料が増加する側に操作してステップS29に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段61を燃料が減少する側に操作してステップS28に進む。
ステップS29では、自着火エンジン2Aの出力がノッキング限界まで増加し、ステップS30に進む。
図17の制御は、高温作動型燃料電池の排気ガス或いはオフガスが保有する熱量に着目した制御であるのに対して、図19の第2変形例は、燃料電池のオフガスが含有する一酸化炭素COや水素H2が、予混合圧縮自着火機関の圧縮自着火を促進する性質があることに着目した制御である。以下、図19に基づいて第2変形例の制御を説明する。
尚、システムは、図15の第11実施形態の構成を用いた場合について説明を行う。
ここで、オフガス割合を増加させた場合は、予混合気M中のCO,H2濃度が上昇し、自着火を促進する。一方、オフガス割合を減少させた場合は、予混合気M中のCO,H2濃度が低下し、自着火を抑制する。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段6を燃料が増加する側に操作してステップS39に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段6を燃料が減少する側に操作してステップS38に進む。
燃料供給量を増加させるのであれば燃料供給量制御手段6を燃料が増加する側に操作してステップS39に進む。
又、燃料供給量を減少させるのであれば、燃料供給量制御手段6を燃料が減少する側に操作してステップS38に進む。
ステップS39では、自着火エンジン2Bの出力がノッキング限界まで増加し、ステップS40に進む。
具体的には、図20で示す制御は、自着火エンジン2(或いは2A,2B,2Cの何れか)を、燃料供給量を以って出力制御する、即ち、自着火エンジンの運転のために供給する追加燃料の供給量を制御する制御方法である。
尚、システムは、図12の第9実施形態を用いた場合について説明を行う。
燃料電池に比べ、予混合圧縮自着火機関の方が負荷追従性は良好である。
そこで、負荷が変動した場合には、先ず、予混合圧縮自着火機関側で対処する様に制御するのが図21の第15実施形態である。
なお、予混合圧縮自着火機関側の対処の手法は、図13、図17〜図20の制御による。
但し、予混合圧縮自着火機関で対処できないような負荷変動の場合には、高温作動型燃料電池の負荷変動制御を行う。
本実施形態では、燃料電池の出力制御方法は、燃料や酸化剤の供給量、燃料利用率、酸化剤利用率による従来の制御方法を利用することが出来る。
負荷変動幅がエンジン出力の対応範囲以内であれば(ステップS53のYES)、ステップS54に進み、エンジン出力対応範囲を超えていれば(ステップS53のNO)、ステップS55に進む。
具体的には、複合発電システムに要求される電力負荷が、高温作動型燃料電池で賄うことが出来る範囲になった場合に、予混合圧縮自着火機関を停止して、予混合圧縮自着火機関側からの電力供給を停止する制御である。即ち、電力負荷が燃料電池の出力範囲で対応できるまで低下した場合に、排気ガスやオフガスが自着火エンジンに供給されないように切換えることで、自着火エンジンの運転を停止させ、燃料電池単独での負荷追従運転を行う制御である。
具体的には、図24で示す従来技術での「電力不足(符号H)」に相当する負荷を、予混合圧縮自着火機関の負荷追従運転(図25において符号Tで示す「自着火エンジンの負荷追従運転」)で補う場合に、電力不足に相当する出力を得る為には、図13〜図20で説明した制御を行う。
即ち、電力負荷が燃料電池の出力範囲で対応出来なくなるまで増加した場合に、排気ガスやオフガスを自着火エンジンに切換えて供給して、自着火エンジンを起動し、前記説明した自着火エンジン出力制御によって燃料電池と自着火エンジンの複合システムとして負荷追従運転を行うことを特徴とする運転制御である。
それに対して、図12〜図16の第9実施形態〜第12実施形態であれば、図25で示す様に、高温作動型燃料電池では不足する分(図24の「電力不足(符号H)」に相当する負荷)を、予混合圧縮自着火機関側の発電手段で得る事が出来る(図24及び図25において、符号Lは電力需要を、符号Lfは燃料電池の出力電力を、図25において、符号Ltは燃料電池の出力電力と自着火エンジンの出力電力の合計を示す)。
そのため、図24の「電力不足(符号H)」に相当する負荷が発生した場合にのみ、予混合圧縮自着火機関を作動させない制御が、図23で示す制御である。
言わば、図22の第16実施形態とは反対の制御である。
図26〜図28の第18実施形態は、需要家が負荷追従速度を重視する場合には、複合システムとしての高効率よりも負荷追従性能が優先されるようにシステムの負荷追従制御を行い、一方、需要家がシステム全体の効率を重視する場合には、負荷追従性よりもシステムの高効率維持が優先されるように負荷追従制御を行うことを特徴とした複合発電システムの運転制御方法である。
尚、運転モード決定手段40は、運転モード入力手段60により図示しないオペレータの判断による運転モードが入力されるようになっているが、図示しない記憶手段(ROM等)により、予め決定されていても良い。
以下、図29に基づいて図26をも参照して、第18実施形態の制御について説明する。
2,2A,2B,2C・・・予混合圧縮自着火機関/予混合エンジン
3・・・ブロワ
4、41・・・3方弁
5・・・第2の排ガス熱交換器
6・・・燃料供給量制御手段
7・・・発電機
10,10A,10B・・・総合発電システム運転監視・制御手段/コントロールユニット
11・・・空気極
12・・・燃料極
13・・・燃料改質器
14・・・オフガス燃焼室
14A・・・オフガス生成室
15・・・第1の排ガス熱交換器
16・・・インバータ
25・・・吸気弁
26・・・排気弁
27・・・過給機
30・・・流量制御弁
40・・・運転モード決定手段
Ae1,Ae2,Ae3・・・吸気系/吸気管
Af1・・・空気供給ライン
Af2・・・空気ライン
AFe・・・空気及び燃料供給ライン
Fe・・・燃料供給ライン
Ff1・・・燃料供給ライン
Ff2・・・燃料ライン
Ge1,Ge2・・・排気管
Gf1〜Gf3、Gf11〜Gf15・・・排気系/排気管
Wf・・・燃料電池で発電した電力
We・・・発電機で発電した電力
Claims (29)
- 空気供給系統及び/又は予混合気供給系統に熱交換器が介装されており、該熱交換器は燃料電池の排気ガス系統に介装されており、燃料電池の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関に供給される空気及び/又は予混合気へ投入する様に構成されていることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
- 燃料電池の排気ガス系統が供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第2の供給系統が合流していることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
- 燃料電池のオフガスラインが供給系統に合流しており、当該供給系統には燃料を供給する燃料供給系統も合流していることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
- 燃料電池のオフガスラインが供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第2の供給系統が合流していることを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
- 燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、予混合圧縮自着火機関の空気供給系統及び/又は予混合気供給系統に熱交換器が介装されており、該熱交換器は燃料電池の排気ガス系統に介装されており、燃料電池の排気ガスが保有する熱量を予混合圧縮自着火機関に供給される空気及び/又は予混合気へ投入する様に構成されていることを特徴とする複合発電システム。
- 燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、燃料電池の排気ガス系統が前記予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第2の供給系統が合流していることを特徴とする複合発電システム。
- 燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、燃料電池のオフガスラインが前記予混合圧縮自着火機関の供給系統に合流しており、当該供給系統には燃料を供給する燃料供給系統も合流していることを特徴とする複合発電システム。
- 燃料電池の発電出力と、予混合圧縮自着火機関に設けた発電手段の発電出力とを系統連携する様に構成されており、燃料電池のオフガスラインが前記予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通しており、該供給系統に空気及び燃料を供給する第2の供給系統が合流していることを特徴とする複合発電システム。
- 予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を制御する手段と、予混合圧縮自着火機関の第2の供給系統に添加される燃料供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基いて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項5の複合発電システム。
- 予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、供給系統に連通している排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を制御する手段と、予混合圧縮自着火機関の供給系統に空気及び燃料を供給する第2の供給系統から添加される燃料及び空気の供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基いて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項6の複合発電システム。
- 予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、予混合圧縮自着火機関の供給系統に合流している燃料電池のオフガスラインを流れる燃料電池のオフガス流量を制御する手段と、当該供給系統に合流している燃料供給系統を介して添加される燃料の供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基づいて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項7の複合発電システム。
- 予混合圧縮自着火機関の運転状態を検出する手段と、燃料電池の運転状態を検出する手段と、予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通している燃料電池のオフガスラインを流れる燃料電池のオフガス流量を制御する手段、該供給系統に合流する第2の供給系統を介して添加される空気及び燃料の供給量を制御する手段と、前記検出する手段の検出信号に基いて前記制御する手段への制御信号を出力する制御ユニット、とを有する請求項8の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少する制御を行う様に構成されている請求項9の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を減少する制御を行う様に構成されている請求項10〜12の何れか1項の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されている請求項10の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通し又は合流するオフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されている請求項11、12の何れかの複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記供給系統に添加される燃料の供給量を増加する制御を行う様に構成されている請求項9〜12の何れか1項の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、電力負荷が変動した場合に予混合圧縮自着火機関の出力のみを変動し、燃料電池の出力は変動させず、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関の出力変動が可能な範囲を超えた場合のみ燃料電池の出力を変動する制御を行う様に構成されている請求項9〜17の何れか1項の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、電力負荷が減少している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば予混合圧縮自着火機関の運転を続行し、電力負荷が燃料電池の出力範囲を低下すれば予混合圧縮自着火機関の運転を停止する制御を行う様に構成されている請求項9〜18の何れか1項の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、電力負荷が増加している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば燃料電池のみを運転して予混合圧縮自着火機関は運転せず、電力負荷が燃料電池の出力範囲よりも大きくなった場合に予混合圧縮自着火機関を運転する制御を行う様に構成されている請求項9〜19の何れか1項の複合発電システム。
- 前記制御ユニットは、複合発電システムの運転モードとして、需要側の電力需要変化に対する追従性が良好であるが発電効率が低下する場合がある運転モードと、発電効率は低下し難いが需要側の電力需要変化に対する追従性が良好ではない運転モードとを選択可能な手段を備えている請求項9〜20の何れか1項の複合発電システム。
- 請求項13の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記熱交換器を介装した排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項14の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を増加し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統又はオフガスラインを流れる燃料電池の排気ガス流量又はオフガス流量を減少することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項15の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通する排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記排気ガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項16の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に連通し又は合流するオフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ予混合気供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を希薄側の運転限界まで低下させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少するか、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を一定に保ち、予混合圧縮自着火機関の出力を濃厚側の運転限界まで上昇させる場合には、前記オフガス系統を流れる燃料電池の排気ガス流量を減少し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加し、或いは、前記オフガス系統を流れる燃料電池のオフガス流量を増加し且つ供給系統に添加される燃料の供給量を増加することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項17の複合発電システムの制御方法において、予混合圧縮自着火機関の出力を計測する工程と、予混合圧縮自着火機関の出力を制御する出力制御工程とを有し、該出力制御工程では、予混合圧縮自着火機関の出力を低下させる場合には予混合圧縮自着火機関の供給系統に添加される燃料の供給量を減少し、予混合圧縮自着火機関の出力を上昇させる場合には前記供給系統に添加される燃料の供給量を増加することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項18の複合発電システムの制御方法において、電力負荷が変動したか否かを判定する工程と、電力負荷の変動量を求める工程と、出力変動を決定する工程とを含み、出力変動を決定する工程では、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関の出力変動が可能な範囲内であれば、予混合圧縮自着火機関の出力のみを変動して燃料電池の出力は変動させず、電力負荷の変動量が予混合圧縮自着火機関の出力変動が可能な範囲を超えた場合のみ燃料電池の出力を変動することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項19の複合発電システムの制御方法において、電力負荷が減少しているか否かを判定する工程と、予混合圧縮自着火機関の運転を停止するか否かを判定する工程とを含み、該判定する工程では、電力負荷が減少している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば予混合圧縮自着火機関の運転を続行し、電力負荷が燃料電池の出力範囲を低下すれば予混合圧縮自着火機関の運転を停止することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
- 請求項20の複合発電システムの制御方法において、電力負荷が増加しているか否かを判定する工程と、予混合圧縮自着火機関を運転するか否かを判定する工程とを含み、該判定する工程では、電力負荷が増加している場合に、電力負荷が燃料電池の出力範囲内であれば燃料電池のみを運転して予混合圧縮自着火機関は運転せず、電力負荷が燃料電池の出力範囲よりも大きくなった場合に予混合圧縮自着火機関を運転することを特徴とする複合発電システムの制御方法。
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