JP4664585B2

JP4664585B2 - Combined power generation system of fuel cell and gas turbine

Info

Publication number: JP4664585B2
Application number: JP2003372647A
Authority: JP
Inventors: 雄介堀井; 吉徳竹田; 厳赤井田; 元博近藤; 修畦上; 秀久谷; 文朗橋本; 和彦伊藤
Original assignee: IHI Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: IHI Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005135835A

Description

本発明は、燃料電池とガスタービンの複合発電システムの運転制御処理に関する。 The present invention relates to operation control processing of a combined power generation system of a fuel cell and a gas turbine.

近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。燃料電池からは、発電で生じる熱によって昇温された排ガスが排出される。例えば、溶融炭酸塩型の燃料電池は、運転温度が６００〜７００度と高いため、高温の排ガスを排出する。このような排ガスをタービンの動力源として用いれば、エネルギの利用効率の向上を図ることができる。そこで、燃料電池からの排ガスを用いてタービンを駆動し、タービンによって生み出される動力を用いて、燃料電池が発電に用いるガス（例えば、酸素を含有する空気）を燃料電池に供給するための圧縮機や、発電機を駆動させる複合発電システムが提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。 In recent years, fuel cells that generate electricity by electrochemical reaction between hydrogen and oxygen have attracted attention as energy sources. From the fuel cell, exhaust gas heated by heat generated by power generation is discharged. For example, a molten carbonate fuel cell has a high operating temperature of 600 to 700 degrees, and therefore discharges high-temperature exhaust gas. If such an exhaust gas is used as a power source for the turbine, energy utilization efficiency can be improved. Therefore, a compressor for driving a turbine using exhaust gas from the fuel cell and supplying gas (for example, air containing oxygen) used for power generation by the fuel cell to the fuel cell using power generated by the turbine. And the composite power generation system which drives a generator is proposed (for example, refer patent documents 1-2).

特開２００２−３０５００９JP 2002-305005 特開２０００−１７３６３７JP 2000-173637 A

燃料電池に供給するガスの圧力や流量の適正値は、燃料電池での発電電力に応じてきまる値であり、発電電力が大きいほど、要求される圧力と流量とが大きくなる傾向がある。その結果、要求される発電電力が小さい場合には、必要となるガスの圧力や流量が小さくなり、圧縮機から出力される圧縮ガスの圧力が過剰となる場合があった。この場合、圧縮機を駆動するために過剰な動力が用いられるので、発電効率が低下する可能性があった。 Appropriate values for the pressure and flow rate of the gas supplied to the fuel cell are values that depend on the power generated by the fuel cell, and the required pressure and flow rate tend to increase as the generated power increases. As a result, when the required generated power is small, the pressure and flow rate of the required gas are reduced, and the pressure of the compressed gas output from the compressor may be excessive. In this case, since excessive power is used to drive the compressor, there is a possibility that the power generation efficiency may be reduced.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池とガスタービンとを有する複合発電システムの発電効率を向上させることができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a technique capable of improving the power generation efficiency of a combined power generation system having a fuel cell and a gas turbine.

上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明による第１の複合発電システムは、燃料電池とガスタービンの複合発電システムであって、タービンと、前記タービンによって駆動される圧縮機と、前記タービンによって駆動される発電機と、燃料電池と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを前記燃料電池へ供給する第１のガス供給流路と、前記燃料電池から排出される排ガスを前記タービンへ供給する第１の排ガス流路と、前記圧縮機の駆動速度と前記圧縮機へのガス吸入量との少なくとも一方を調整可能な駆動状態調整部と、前記圧縮ガスによって前記燃料電池が要求する流量と圧力とが得られるように前記駆動状態調整部の動作を制御する圧縮ガス制御処理を実行する圧縮ガス制御部と、燃料を燃焼させる燃焼器と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを前記燃焼器へ供給する第２のガス供給流路と、前記第２のガス供給流路に設けられ、前記燃焼器へ供給する圧縮ガスの流量と圧力との少なくとも一方を調整することが可能な第１の調整弁と、前記燃焼器から排出される排ガスを前記タービンへ供給する第２の排ガス流路と、前記燃焼器の動作を制御する燃焼器制御部と、を備え、前記燃焼器制御部は、前記タービンの始動時には、前記第１の調整弁を開状態にし、前記燃焼器を燃焼状態とするとともに、前記タービンの始動後には、前記燃焼器を消火状態にし、前記第１の調整弁を閉状態にし、前記圧縮ガス制御部は、前記タービンの始動後に、前記圧縮ガス制御処理を行う。 In order to solve at least a part of the above problems, a first combined power generation system according to the present invention is a combined power generation system of a fuel cell and a gas turbine, and includes a turbine, a compressor driven by the turbine, A generator driven by a turbine, a fuel cell, a first gas supply channel for supplying compressed gas compressed by the compressor to the fuel cell, and exhaust gas discharged from the fuel cell to the turbine A first exhaust gas flow path to be supplied; a driving state adjusting unit capable of adjusting at least one of a driving speed of the compressor and a gas suction amount into the compressor; and a flow rate required by the fuel cell by the compressed gas. and the compressed gas controller for executing compressed gas control process for controlling the operation of the driving state adjusting unit so that the pressure obtained, a combustor for burning fuel, the compressor A second gas supply channel for supplying the compressed gas to the combustor; and at least one of a flow rate and a pressure of the compressed gas provided to the second gas supply channel and supplied to the combustor. A first regulating valve that can be adjusted, a second exhaust gas passage that supplies exhaust gas discharged from the combustor to the turbine, and a combustor control unit that controls the operation of the combustor. The combustor control unit opens the first regulating valve when the turbine is started, puts the combustor into a combustion state, and puts the combustor into a fire extinguishing state after the turbine is started. The first adjustment valve is closed, and the compressed gas control unit performs the compressed gas control process after the turbine is started.

この第１の複合発電システムによれば、圧縮機による圧縮ガスによって燃料電池が要求する流量と圧力とが得られるように、圧縮機の駆動速度と圧縮機へのガス吸入量との少なくとも一方が調整されるので、圧縮機が燃料電池が要求する以上の圧縮ガスを出力することを抑制し、発電効率を向上させることができる。加えて、燃焼器から排出される排ガスを用いて第１の複合発電システムの始動を実行することができる。また、始動後は、燃焼器で燃料を消費することがなくなるので、システムの発電効率を高めることができる。 According to the first combined power generation system, at least one of the drive speed of the compressor and the amount of gas sucked into the compressor is obtained so that the flow rate and pressure required by the fuel cell can be obtained by the compressed gas from the compressor. Since it is adjusted, it is possible to suppress the compressor from outputting more compressed gas than required by the fuel cell, and to improve power generation efficiency. In addition, the first combined power generation system can be started using the exhaust gas discharged from the combustor. In addition, after starting, fuel is not consumed in the combustor, so that the power generation efficiency of the system can be improved.

上記第１の複合発電システムにおいて、前記第１のガス供給流路は、前記燃料電池へ供給される圧縮ガスの流量と圧力との少なくとも一方を調整することが可能な第２の調整弁を備えることが好ましい。 In the first combined power generation system, the first gas supply channel includes a second adjustment valve capable of adjusting at least one of a flow rate and a pressure of a compressed gas supplied to the fuel cell. It is preferable.

こうすることで、燃料電池へ供給される圧縮ガスの流量と圧力とを、さらに、燃料電池が要求する値に近づけることができる。 By doing so, the flow rate and pressure of the compressed gas supplied to the fuel cell can be made closer to the values required by the fuel cell.

上記第１の複合発電システムにおいて、前記駆動状態調整部は、前記圧縮機に設けられた複数の羽根で構成されるとともに、前記羽根の向きを調整することによって、前記圧縮機へのガス吸入量を調整可能なガイドベーンを含むことが好ましい。 In the first combined power generation system, the drive state adjustment unit is configured by a plurality of blades provided in the compressor, and adjusts the direction of the blades to adjust the amount of gas sucked into the compressor. It is preferable to include a guide vane that can be adjusted.

この構成では、ガイドベーンの羽根の向きを調整することによって、圧縮ガスのガス吸入量を調整し、圧縮機から出力される圧縮ガスの流量や圧力を調整することができる。 In this configuration, by adjusting the direction of the vanes of the guide vane, the gas suction amount of the compressed gas can be adjusted, and the flow rate and pressure of the compressed gas output from the compressor can be adjusted.

上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明による第２の複合発電システムは、燃料電池とガスタービンの複合発電システムであって、タービンと、前記タービンによって駆動される圧縮機と、前記タービンによって駆動される発電機と、燃料電池と、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを前記燃料電池へ供給するガス供給流路と、前記燃料電池から排出される排ガスを前記タービンへ供給する排ガス流路と、前記発電機と外部の電力系統とを電気的に接続するとともに前記発電機から前記電力系統への供給電力を調整可能なインバータを有し、前記圧縮機の駆動速度を調整可能な駆動状態調整部と、前記圧縮ガスによって前記燃料電池が要求する流量と圧力とが得られるように、前記駆動状態調整部の動作を制御する圧縮ガス制御処理を実行する圧縮ガス制御部と、を備え、前記圧力ガス制御部は、前記燃料電池が要求する前記圧縮ガスの流量と圧力とが減少すると、前記インバータを用いて前記供給電力を増加させることにより前記圧縮機の駆動速度を低下させ、前記燃料電池が要求する前記圧縮ガスの流量と圧力とが増加すると、前記インバータを用いて前記供給電力を減少させることにより前記圧縮機の駆動速度を上昇させる。In order to solve at least a part of the above problems, a second combined power generation system according to the present invention is a combined power generation system of a fuel cell and a gas turbine, and includes a turbine, a compressor driven by the turbine, A generator driven by a turbine, a fuel cell, a gas supply passage for supplying compressed gas compressed by the compressor to the fuel cell, and an exhaust gas for supplying exhaust gas discharged from the fuel cell to the turbine It has an inverter that can electrically connect the flow path, the generator, and an external power system and can adjust the power supplied from the generator to the power system, and can adjust the driving speed of the compressor Compressed gas control for controlling operation of the driving state adjusting unit so that the flow rate and pressure required by the fuel cell are obtained by the driving state adjusting unit and the compressed gas A compressed gas control unit that performs the operation, and the pressure gas control unit increases the supply power using the inverter when the flow rate and pressure of the compressed gas required by the fuel cell decrease. When the flow rate and pressure of the compressed gas required by the fuel cell are increased, the drive speed of the compressor is increased by decreasing the supply power using the inverter. Let

第２の複合発電システムによれば、燃料電池が要求する圧縮ガスの流量と圧力とが減少すると、インバータを用いて供給電力を増加させることにより圧縮機の駆動速度を低下させ、燃料電池が要求する圧縮ガスの流量と圧力とが増加すると、インバータを用いて供給電力を減少させることにより前記圧縮機の駆動速度を上昇させるので、圧縮機が、燃料電池が要求する以上の圧縮ガスを出力することを抑制し、発電効率を向上させることができる。According to the second combined power generation system, when the flow rate and pressure of the compressed gas required by the fuel cell decrease, the drive power of the compressor is decreased by increasing the supply power using the inverter, and the fuel cell requires When the flow rate and pressure of the compressed gas increase, the drive speed of the compressor is increased by reducing the supply power using an inverter, so the compressor outputs more compressed gas than the fuel cell requires. This can be suppressed and the power generation efficiency can be improved.

なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、複合発電システム、複合発電システムの制御方法または装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, a combined power generation system, a control method or apparatus for the combined power generation system, a computer program for realizing the functions of these methods or apparatuses, and the computer The present invention can be realized in the form of a recording medium recording the program, a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave, and the like.

次に、この発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例： Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variations:

Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置の構成：
図１は、本発明の一実施例としての複合発電システム８００の構成を示すブロック図である。この複合発電システム８００は、ガスタービンＧＴと、燃料電池６と、発電機４と、発電インバータ５と、回転速度測定部１２と、制御部２０と、燃焼器２とを備えている。 A. First embodiment:
A1. Device configuration:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a combined power generation system 800 as an embodiment of the present invention. The combined power generation system 800 includes a gas turbine GT, a fuel cell 6, a generator 4, a power generation inverter 5, a rotation speed measurement unit 12, a control unit 20, and a combustor 2.

燃料電池６は、溶融炭酸塩型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質板を挟んで水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とを配置した構成となっている。各々の単セルのアノード側には水素を含有する燃料ガスが供給され、カソード側には酸素を含有する酸化ガスが供給される。燃料電池６で生じた電力は、燃料電池６に接続される所定の負荷（図示せず）に供給される。 The fuel cell 6 is a molten carbonate type fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of single cells as constituent units are stacked. Each single cell has a configuration in which a hydrogen electrode (hereinafter referred to as an anode) and an oxygen electrode (hereinafter referred to as a cathode) are arranged with an electrolyte plate interposed therebetween. A fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode side of each single cell, and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode side. The electric power generated in the fuel cell 6 is supplied to a predetermined load (not shown) connected to the fuel cell 6.

ガスタービンＧＴは、圧縮機１とタービン３とを備えている。圧縮機１は、複数の翼をもつ羽根車（図示せず）を備えており、羽根車の回転駆動によってガスの圧縮を行う。圧縮機１は、タービン３に機械的に接続されており、タービン３によって駆動される。また、圧縮機１には、圧縮機１の回転速度を測定する回転速度測定部１２が接続されている。回転速度の測定結果は、発電インバータ５の制御処理に用いられる（詳細は後述する）。なお、圧縮機１としては、上述した羽根車の回転駆動によるものの他、シリンダ内のロータの回転によってガスを圧縮するもの等、種々のタイプの圧縮機を用いることができる。 The gas turbine GT includes a compressor 1 and a turbine 3. The compressor 1 includes an impeller (not shown) having a plurality of blades, and compresses gas by rotating the impeller. The compressor 1 is mechanically connected to the turbine 3 and is driven by the turbine 3. The compressor 1 is connected to a rotational speed measuring unit 12 that measures the rotational speed of the compressor 1. The measurement result of the rotational speed is used for control processing of the power generation inverter 5 (details will be described later). As the compressor 1, various types of compressors such as those that compress the gas by the rotation of the rotor in the cylinder, as well as those that are driven by the rotation of the impeller described above, can be used.

圧縮機１は、酸化ガスとしての空気を、燃料電池６のカソード側と燃焼器２に供給する。圧縮機１には、流路１００が接続されている。流路１００は、２つの流路１０１，１０２に分岐しており、その第１の流路１０１は燃料電池６のカソード側に接続され、第２の流路１０２は燃焼器２に接続されている。 The compressor 1 supplies air as an oxidizing gas to the cathode side of the fuel cell 6 and the combustor 2. A flow path 100 is connected to the compressor 1. The flow path 100 is branched into two flow paths 101 and 102, the first flow path 101 is connected to the cathode side of the fuel cell 6, and the second flow path 102 is connected to the combustor 2. Yes.

圧縮機１は、流路１００、１０１を介して、圧縮した空気を燃料電池６のカソード側に供給することが可能である。流路１０１には、燃料電池６への空気の流量を調整する発電空気量調整弁８が設けられている。燃料電池６での電気化学反応に供された後のカソードからの排ガス（以下、カソード排ガスと呼ぶ）は、流路３０１を介して排出される。流路３０１には、燃料電池６のカソードへ向かうガスの流れを防止するカソード排ガス遮断弁９が設けられている。 The compressor 1 can supply compressed air to the cathode side of the fuel cell 6 through the flow paths 100 and 101. The flow passage 101 is provided with a power generation air amount adjustment valve 8 for adjusting the flow rate of air to the fuel cell 6. Exhaust gas from the cathode after being subjected to an electrochemical reaction in the fuel cell 6 (hereinafter referred to as cathode exhaust gas) is discharged through the channel 301. The channel 301 is provided with a cathode exhaust gas shut-off valve 9 that prevents a gas flow toward the cathode of the fuel cell 6.

また、圧縮機１は、流路１００、１０２を介して、圧縮した空気を燃焼器２に供給することが可能である。流路１０２には、流路１０２を通る空気の量を調整する燃焼空気量調整弁７が設けられている。燃焼器２には、空気とは別に、燃料も供給される。燃焼器２は、空気を用いて燃料を燃焼させることが可能である。燃焼した後の排ガスは（以下、燃焼ガスと呼ぶ）は、流路３０２を介して排出される。 Further, the compressor 1 can supply the compressed air to the combustor 2 through the flow paths 100 and 102. The flow path 102 is provided with a combustion air amount adjustment valve 7 that adjusts the amount of air passing through the flow path 102. In addition to air, the combustor 2 is also supplied with fuel. The combustor 2 can burn fuel using air. The exhaust gas after combustion (hereinafter referred to as combustion gas) is discharged through the flow path 302.

流路３０１と流路３０２とは、合流して流路３００に接続され、流路３００はタービン３に接続されている。燃料電池６からのカソード排ガスは、流路３０１、３００を介してタービン３に供給される。また、燃焼器２からの燃焼ガスは、流路３０２、３００を介してタービン３に供給される。カソード排ガスと燃焼ガスとは、タービン３を駆動するための動力源として用いることが可能である。 The flow path 301 and the flow path 302 merge and are connected to the flow path 300, and the flow path 300 is connected to the turbine 3. Cathode exhaust gas from the fuel cell 6 is supplied to the turbine 3 via the flow paths 301 and 300. Further, the combustion gas from the combustor 2 is supplied to the turbine 3 via the flow paths 302 and 300. The cathode exhaust gas and the combustion gas can be used as a power source for driving the turbine 3.

発電機４は、ロータとステータと（図示せず）を備えた交流同期発電機であり、ロータの回転駆動によって発電を行う。発電機４は、タービン３に機械的に接続されており、タービン３によって駆動される。また、発電機４は、発電インバータ５を介して電力系統１１に電気的に接続されている。発電機４で発電した電力は、発電インバータ５を介して電力系統１１に供給される。また、発電機４は、電力の供給を受けることによって、電動機として動作することも可能である。ガスタービンＧＴの始動時には、発電機４が電動機として用いられる（後述）。なお、発電機４としては、上述した交流同期発電機の他、誘導発電機など、種々のタイプの発電機を用いることができる。 The generator 4 is an AC synchronous generator including a rotor, a stator, and a rotor (not shown), and generates power by rotating the rotor. The generator 4 is mechanically connected to the turbine 3 and is driven by the turbine 3. The generator 4 is electrically connected to the power system 11 via the power generation inverter 5. The power generated by the generator 4 is supplied to the power system 11 via the power generation inverter 5. The generator 4 can also operate as an electric motor by receiving supply of electric power. When starting the gas turbine GT, the generator 4 is used as an electric motor (described later). As the generator 4, various types of generators such as an induction generator as well as the above-described AC synchronous generator can be used.

発電インバータ５は、発電機４で発電した電力を、電力系統１１の電圧、周波数、位相に同期した電力に変換し、変換した電力を電力系統１１に供給する。この際、電圧、周波数、位相を調整することによって、電力系統１１へ供給する電力の調整を行うことができる。例えば、変換後の電圧を高くすることによって、電力系統１１に供給する電力を増やすことが可能である。また、発電インバータ５は、電力系統１１からの電力を発電機４に供給することによって、発電機４を電動機として機能させることも可能である。 The power generation inverter 5 converts the power generated by the generator 4 into power synchronized with the voltage, frequency, and phase of the power system 11, and supplies the converted power to the power system 11. At this time, the power supplied to the power system 11 can be adjusted by adjusting the voltage, frequency, and phase. For example, it is possible to increase the power supplied to the power system 11 by increasing the voltage after conversion. The power generation inverter 5 can also function the power generator 4 as an electric motor by supplying power from the power system 11 to the power generator 4.

燃料電池６のアノード側には、流路２００を介して改質器１０が接続されている。改質器１０は、水素の生成源となる原燃料の改質反応を進行させることによって水素を含む改質ガスを生成する。改質ガスは燃料ガスとして燃料電池６のアノード側へ供給される。アノードからの排ガス（以下、アノード排ガスと呼ぶ）は、流路２０１を通じて、燃料電池６から排出される。 The reformer 10 is connected to the anode side of the fuel cell 6 via a flow path 200. The reformer 10 generates a reformed gas containing hydrogen by advancing a reforming reaction of a raw fuel serving as a hydrogen generation source. The reformed gas is supplied as a fuel gas to the anode side of the fuel cell 6. Exhaust gas from the anode (hereinafter referred to as anode exhaust gas) is discharged from the fuel cell 6 through the flow path 201.

改質器１０で進行する改質反応に用いられる原燃料としては、ガソリンなどの液体炭化水素や、メタノールなどのアルコールやアルデヒド類、あるいは天然ガスなど、改質反応によって水素を生成可能な種々の炭化水素系原燃料を選択することができる。 The raw fuel used for the reforming reaction that proceeds in the reformer 10 includes various liquid hydrocarbons such as gasoline, alcohols and aldehydes such as methanol, or natural gas that can generate hydrogen by the reforming reaction. A hydrocarbon-based raw fuel can be selected.

制御部２０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種信号を入出力する入出力ポート等を備える。そして、負荷要求に関する情報等を取得して、複合発電システム８００を構成する各部（既述した各弁や発電インバータ５等を含む）に駆動信号を出力し、複合発電システム８００全体の運転状態を制御する。 The control unit 20 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU that executes predetermined calculations in accordance with a preset control program, and controls necessary for executing various arithmetic processes by the CPU. A ROM in which programs, control data, and the like are stored in advance, a RAM in which various data necessary for performing various arithmetic processes in the CPU, and an input / output port for inputting and outputting various signals are also provided. And the information regarding a load request | requirement etc. is acquired, a drive signal is output to each part (including each valve | bulb mentioned above, the power generation inverter 5, etc.) which comprises the combined power generation system 800, and the operation state of the combined power generation system 800 whole is shown. Control.

また、制御部２０は、燃焼器２の動作を制御する燃焼器制御部２２としての機能と、発電インバータ５の動作を制御する圧縮ガス制御部２４としての機能とを有している。これらの機能については後述する。なお、各機能は、制御プログラムによりソフトウェア的に実現してもよく、一部、又は、全てをハードウェア的に実現してもよい。 The control unit 20 has a function as a combustor control unit 22 that controls the operation of the combustor 2 and a function as a compressed gas control unit 24 that controls the operation of the power generation inverter 5. These functions will be described later. In addition, each function may be implement | achieved by software with a control program, and a part or all may be implement | achieved by hardware.

Ａ２．複合発電システムの始動手順：
図２（ａ）〜（ｄ）は、制御部２０によって実行される複合発電システム８００の始動手順の一実施例を示す説明図であり、燃料電池６の排ガスによってガスタービンＧＴを駆動する排ガス運転を行うための手順を示している。図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、複合発電システム８００の動作状態を示しており、始動手順の順番に並んでいる。なお、燃料電池６のアノード側に関しては、図示を省略している。 A2. Start-up procedure for combined power generation system:
FIGS. 2A to 2D are explanatory views showing an embodiment of the start-up procedure of the combined power generation system 800 executed by the control unit 20, and an exhaust gas operation for driving the gas turbine GT with the exhaust gas of the fuel cell 6. The procedure for doing is shown. 2A to 2D each show the operating state of the combined power generation system 800, and are arranged in the order of the starting procedure. The illustration of the anode side of the fuel cell 6 is omitted.

図２（ａ）は、ガスタービンＧＴの始動処理での動作状態を示す説明図である。複合発電システム８００の始動の際には、制御部２０は、まず、ガスタービンＧＴの始動処理を実行する。この際、制御部２０（図１）は、発電空気量調整弁８とカソード排ガス遮断弁９とを閉状態にし、燃焼空気量調整弁７を開状態にする。 FIG. 2A is an explanatory diagram showing an operation state in the starting process of the gas turbine GT. When the combined power generation system 800 is started, the control unit 20 first executes a start process for the gas turbine GT. At this time, the control unit 20 (FIG. 1) closes the power generation air amount adjustment valve 8 and the cathode exhaust gas cutoff valve 9 and opens the combustion air amount adjustment valve 7.

次に、制御部２０は、発電機４を電動機として機能させ、圧縮機１を駆動させる。圧縮機１で圧縮された空気は、燃焼器２へ供給される。また、燃焼器２には燃料が供給される。燃焼器２は、供給された空気を用いて燃料を燃焼させる。燃焼器２からは、燃焼によって昇温された燃焼ガスが排出され、排出された燃焼ガスは、タービン３に供給される。燃焼ガスが、タービン３を駆動することができるだけ十分に昇温されたら、制御部２０は、発電機４への電力の供給を停止させる。この後も、タービン３は燃焼ガスによって回転し続ける。 Next, the control unit 20 causes the generator 4 to function as an electric motor and drives the compressor 1. The air compressed by the compressor 1 is supplied to the combustor 2. Further, fuel is supplied to the combustor 2. The combustor 2 burns fuel using the supplied air. From the combustor 2, the combustion gas heated by the combustion is discharged, and the discharged combustion gas is supplied to the turbine 3. When the combustion gas is heated enough to drive the turbine 3, the control unit 20 stops supplying power to the generator 4. After this, the turbine 3 continues to rotate with the combustion gas.

図２（ｂ）は、燃料電池６の始動処理での動作状態を示す説明図である。ガスタービンＧＴが始動したら、制御部２０は、燃料電池６の始動処理を実行する。制御部２０は、発電空気量調整弁８を開状態にする。圧縮機１によって圧縮された空気の一部は、燃料電池６のカソード側に供給される。燃料電池６内の圧力は、供給された空気によって高められる。このとき、燃料電池６内での急激な圧力変動を抑制するために、発電空気量調整弁８の開度を徐々に大きくすることが好ましい。燃料電池６内の圧力が十分に高くなり、カソード排ガス遮断弁９の前後の圧力差が十分に小さくなったら、制御部２０は、カソード排ガス遮断弁９の閉状態制御を解除する。その結果、燃料電池６からのカソード排ガスがタービン３に供給される。 FIG. 2B is an explanatory diagram showing an operation state in the starting process of the fuel cell 6. When the gas turbine GT is started, the control unit 20 executes a start process for the fuel cell 6. The control unit 20 opens the power generation air amount adjustment valve 8. Part of the air compressed by the compressor 1 is supplied to the cathode side of the fuel cell 6. The pressure in the fuel cell 6 is increased by the supplied air. At this time, in order to suppress a rapid pressure fluctuation in the fuel cell 6, it is preferable to gradually increase the opening degree of the power generation air amount adjustment valve 8. When the pressure in the fuel cell 6 becomes sufficiently high and the pressure difference before and after the cathode exhaust gas cutoff valve 9 becomes sufficiently small, the control unit 20 releases the closed state control of the cathode exhaust gas cutoff valve 9. As a result, the cathode exhaust gas from the fuel cell 6 is supplied to the turbine 3.

一方、燃料電池６のアノード側（図示せず）には、燃料ガスが供給される。燃料電池６は、供給された燃料ガスと空気とを用いた発電を開始する。燃料電池６の発電中には、燃料ガスの圧力や流量は、燃料電池６の発電電力等に応じて調整される。また、圧縮空気の圧力や流量も、燃料電池６の発電電力等に応じて調整される（詳細は後述）。ここで、燃料電池６の温度が発電に適した温度よりも低い場合には、燃料電池６の昇温処理を実行することが好ましい。燃料電池６の昇温方法としては、電気ヒータや燃焼器２の燃焼ガス等の熱源を用いて燃料電池６を加熱する方法や、燃料電池６に供給するガスを加熱する方法などを用いることができる。 On the other hand, fuel gas is supplied to the anode side (not shown) of the fuel cell 6. The fuel cell 6 starts power generation using the supplied fuel gas and air. During power generation of the fuel cell 6, the pressure and flow rate of the fuel gas are adjusted according to the power generated by the fuel cell 6 and the like. Further, the pressure and flow rate of the compressed air are also adjusted according to the power generated by the fuel cell 6 (details will be described later). Here, when the temperature of the fuel cell 6 is lower than the temperature suitable for power generation, it is preferable to execute the temperature raising process of the fuel cell 6. As a method for raising the temperature of the fuel cell 6, a method of heating the fuel cell 6 using a heat source such as an electric heater or a combustion gas of the combustor 2, a method of heating a gas supplied to the fuel cell 6, or the like is used. it can.

図２（ｃ）は、燃焼器２の消火処理での動作状態を示す説明図である。燃料電池６が発電を開始すると、カソード排ガスは、発電によって生じる熱によって昇温される。カソード排ガスが、タービン３を駆動することができるだけ十分に昇温されたら、制御部２０の燃焼器制御部２２は、燃焼器２の消火処理を実行する。本実施例では、燃焼器制御部２２は、燃焼器２への燃料の供給を停止することによって、消火処理を実行する。このとき、タービン３の回転速度が急激に変化することを抑制するために、燃料の供給量を徐々に小さくすることが好ましい。燃焼器制御部２２は、燃料供給を停止した後、燃焼空気量調整弁７を閉状態にする。燃焼器２での燃焼が完全に停止した後も、タービン３はカソード排ガスによって回転し続ける。 FIG. 2C is an explanatory diagram illustrating an operation state of the combustor 2 in the fire extinguishing process. When the fuel cell 6 starts power generation, the cathode exhaust gas is heated by heat generated by power generation. When the cathode exhaust gas is heated sufficiently to drive the turbine 3, the combustor control unit 22 of the control unit 20 executes a fire extinguishing process for the combustor 2. In the present embodiment, the combustor control unit 22 executes the fire extinguishing process by stopping the supply of fuel to the combustor 2. At this time, in order to suppress a rapid change in the rotational speed of the turbine 3, it is preferable to gradually reduce the amount of fuel supplied. The combustor control unit 22 closes the combustion air amount adjusting valve 7 after stopping the fuel supply. Even after the combustion in the combustor 2 is completely stopped, the turbine 3 continues to be rotated by the cathode exhaust gas.

図２（ｄ）は、複合発電システム８００の排ガス運転での動作状態を示す説明図である。圧縮機１によって圧縮された空気は燃料電池６のカソード側に供給され、燃料電池６からのカソード排ガスはタービン３に供給される。カソード排ガスはタービン３の動力源として用いられる。タービン３は、圧縮機１と発電機４とを駆動する。このように、排ガス運転では、燃焼器２を用いずに、燃料電池６からのカソード排ガスのみによってガスタービンＧＴの駆動が行われる。 FIG. 2D is an explanatory diagram showing an operating state of the combined power generation system 800 in the exhaust gas operation. The air compressed by the compressor 1 is supplied to the cathode side of the fuel cell 6, and the cathode exhaust gas from the fuel cell 6 is supplied to the turbine 3. The cathode exhaust gas is used as a power source for the turbine 3. The turbine 3 drives the compressor 1 and the generator 4. Thus, in the exhaust gas operation, the gas turbine GT is driven only by the cathode exhaust gas from the fuel cell 6 without using the combustor 2.

Ａ３．発電インバータ制御処理：
図３は、上述の図２（ｄ）に示す排ガス運転において、圧縮ガス制御部２４（図１）が実行する発電インバータ５の制御処理を表すフローチャートである。本実施例では、圧縮ガス制御部２４は、圧縮機１からの圧縮空気を用いて燃料電池６が要求する圧力と流量とが得られるように、発電インバータ５の動作を制御する。 A3. Power generation inverter control processing:
FIG. 3 is a flowchart showing a control process of the power generation inverter 5 executed by the compressed gas control unit 24 (FIG. 1) in the exhaust gas operation shown in FIG. In the present embodiment, the compressed gas control unit 24 controls the operation of the power generation inverter 5 so that the pressure and flow rate required by the fuel cell 6 can be obtained using the compressed air from the compressor 1.

ステップＳ１００では、圧縮ガス制御部２４は、燃料電池６の発電電力（以下、電池発電電力と呼ぶ）の目標値の設定処理を実行する。目標電池発電電力は、燃料電池６に接続された負荷の大きさに基づいて設定することができる。 In step S100, the compressed gas control unit 24 executes a target value setting process for the generated power of the fuel cell 6 (hereinafter referred to as battery generated power). The target battery generated power can be set based on the size of the load connected to the fuel cell 6.

ステップＳ１１０では、圧縮ガス制御部２４は、ステップＳ１００で設定した目標電池発電電力に基づいて、燃料電池６が要求する空気の圧力と流量との目標値を設定する。本実施例では、圧縮ガス制御部２４は、目標電池発電電力と、圧力と流量の目標値の組み合わせとの対応関係をマップとして記憶し、マップを参照することによって、空気の圧力と流量との目標値設定処理を実行する。 In step S110, the compressed gas control unit 24 sets a target value of the air pressure and flow rate required by the fuel cell 6 based on the target battery generated power set in step S100. In the present embodiment, the compressed gas control unit 24 stores the correspondence relationship between the target battery generated power and the combination of the target value of the pressure and the flow rate as a map, and by referring to the map, Execute target value setting processing.

ステップＳ１２０では、圧縮ガス制御部２４は、ステップＳ１１０で設定した空気の圧力と流量との目標値に基づいて、圧縮機１の目標回転速度の設定処理を実行する。本実施例では、目標回転速度は予め設定されたマップに従って決定される。 In step S120, the compressed gas control unit 24 executes a target rotation speed setting process for the compressor 1 based on the target values of the air pressure and flow rate set in step S110. In this embodiment, the target rotation speed is determined according to a preset map.

図４は、目標回転速度のマップを説明するグラフである。横軸は圧縮機１から得られる圧縮空気の流量を示し、縦軸は圧力を示す。図４中のグラフＬＮ１は、圧縮機１の回転速度がＮ１である場合の圧縮空気の圧力と流量との関係を示す。また、グラフＬＮ２は、回転速度がＮ１よりも大きいＮ２の場合の圧力と流量との関係を示す。座標点Ｐ１は、ステップＳ１１０で設定した圧力と流量との目標値を示す座標点であり、グラフＬＮ１上に位置している。 FIG. 4 is a graph for explaining a map of the target rotation speed. The horizontal axis indicates the flow rate of the compressed air obtained from the compressor 1, and the vertical axis indicates the pressure. A graph LN1 in FIG. 4 shows the relationship between the pressure and flow rate of the compressed air when the rotational speed of the compressor 1 is N1. The graph LN2 shows the relationship between the pressure and the flow rate when the rotational speed is N2 larger than N1. The coordinate point P1 is a coordinate point indicating the target value of the pressure and flow rate set in step S110, and is located on the graph LN1.

一般的に、圧縮機から得られる圧縮ガスには、より高いガス圧力を得ようとすると、得られるガス流量が小さくなり、逆に、より大きいガス流量を得ようとすると、得られるガス圧力が低くなる傾向がある。また、圧縮機の回転速度を高めることによって、より高いガス圧力と大きなガス流量を得ることができる。なお、圧縮機の回転速度を高める場合には、圧縮機の駆動に必要となる動力も増加する。 In general, the compressed gas obtained from the compressor has a smaller gas flow rate when trying to obtain a higher gas pressure, and conversely, when a larger gas flow rate is obtained, the resulting gas pressure is less. Tend to be lower. Further, by increasing the rotational speed of the compressor, a higher gas pressure and a larger gas flow rate can be obtained. In addition, when raising the rotational speed of a compressor, the motive power required for the drive of a compressor also increases.

本実施例では、圧縮ガス制御部２４は、図４に示すグラフにおいて、圧力と流量との目標値を示す座標点を通るグラフに対応する回転速度を、目標回転速度として採用する。例えば、図４において、圧力と流量との目標値が座標点Ｐ１によって表される場合には、座標点Ｐ１を通るグラフＬＮ１に対応する回転速度Ｎ１を目標回転速度として採用する。 In the present embodiment, the compressed gas control unit 24 employs, as the target rotation speed, the rotation speed corresponding to the graph passing through the coordinate point indicating the target value of the pressure and the flow rate in the graph shown in FIG. For example, in FIG. 4, when the target value of pressure and flow rate is represented by the coordinate point P1, the rotational speed N1 corresponding to the graph LN1 passing through the coordinate point P1 is adopted as the target rotational speed.

ステップＳ１３０では、圧縮ガス制御部２４は、圧縮機１の実際の回転速度の測定を行う。圧縮ガス制御部２４は、回転速度測定部１２（図１）による測定結果を、実回転速度として採用する。 In step S <b> 130, the compressed gas control unit 24 measures the actual rotational speed of the compressor 1. The compressed gas control unit 24 employs the measurement result obtained by the rotation speed measurement unit 12 (FIG. 1) as the actual rotation speed.

ステップＳ１４０では、圧縮ガス制御部２４は、発電インバータ５が発電機４から電力系統１１へ供給する発電電力（以下、系統発電電力とよぶ）の目標値の演算処理を実行する。圧縮ガス制御部２４は、ステップＳ１２０で設定された目標回転速度と、ステップＳ１３０で測定された実回転速度とを用いて目標系統発電電力を決定する。具体的には、実回転速度が目標回転速度よりも速い場合には、系統発電電力を増加させる。こうすれば、発電機４を駆動するために必要となる動力が増加する。その結果、タービン３の負荷が増加するので、タービン３の回転速度、すなわち、圧縮機１の回転速度を下げることができる。一方、実回転速度が目標回転速度よりも遅い場合には、系統発電電力を低減させる。こうすれば、発電機４を駆動するために必要となる動力が減少し、タービン３の負荷が減少するので、圧縮機１の回転速度を上げることができる。 In step S <b> 140, the compressed gas control unit 24 performs a target value calculation process for the generated power (hereinafter referred to as system generated power) supplied from the generator 4 to the power system 11 by the power generation inverter 5. The compressed gas control unit 24 determines the target system generated power using the target rotation speed set in step S120 and the actual rotation speed measured in step S130. Specifically, when the actual rotation speed is higher than the target rotation speed, the system generated power is increased. By so doing, the power required to drive the generator 4 increases. As a result, since the load on the turbine 3 increases, the rotational speed of the turbine 3, that is, the rotational speed of the compressor 1 can be reduced. On the other hand, when the actual rotation speed is slower than the target rotation speed, the system generated power is reduced. By doing so, the power required to drive the generator 4 is reduced and the load on the turbine 3 is reduced, so that the rotational speed of the compressor 1 can be increased.

このように、発電インバータ５は、系統発電電力を調整し、発電機４を駆動するために必要な動力の調整を行うことによって、発電機４の回転速度、すなわち、圧縮機１の回転速度を調整することができる。本実施例において、発電インバータ５は、本発明における「駆動状態調整部」に相当する。 In this way, the power generation inverter 5 adjusts the system power generation and adjusts the power necessary to drive the power generator 4, thereby adjusting the rotational speed of the power generator 4, that is, the rotational speed of the compressor 1. Can be adjusted. In the present embodiment, the power generation inverter 5 corresponds to a “driving state adjustment unit” in the present invention.

圧縮ガス制御部２４は、目標回転速度と実回転速度との差が小さくなるように目標系統発電電力を調整する。圧縮ガス制御部２４は、目標回転速度と実回転速度との偏差を用いた、いわゆる、ＰＩＤ制御に基づいて、目標発電電力の調整を行う。ＰＩＤ制御は周知の制御方法であるため詳しい説明は省略する。なお、目標系統発電電力の調整方法としては、ＰＩＤ制御以外の他の制御方法を用いることができる。 The compressed gas control unit 24 adjusts the target system generated power so that the difference between the target rotation speed and the actual rotation speed becomes small. The compressed gas control unit 24 adjusts the target generated power based on so-called PID control using a deviation between the target rotational speed and the actual rotational speed. Since PID control is a well-known control method, detailed description is omitted. As a method for adjusting the target system generated power, a control method other than the PID control can be used.

ステップＳ１５０では、圧縮ガス制御部２４は、ステップＳ１４０で決定した目標系統発電電力を電力系統１１に供給するための制御信号を発電インバータ５へ出力する。発電インバータ５は、受け取った制御信号に基づいて、系統発電電力を調整する。 In step S150, the compressed gas control unit 24 outputs to the power generation inverter 5 a control signal for supplying the target system generated power determined in step S140 to the power system 11. The power generation inverter 5 adjusts the system power generation based on the received control signal.

ステップＳ１６０では、燃料電池６に対する目標電池発電電力の変更の有無の確認を行う。変更が無い場合（ステップＳ１６０：Ｎｏ）は、再び、ステップＳ１３０に戻り、実回転速度の測定を行う。以後、上述のルーチン（Ｓ１３０〜Ｓ１６０）を繰り返し実行する。 In step S160, it is confirmed whether or not the target battery generated power for the fuel cell 6 has been changed. When there is no change (step S160: No), it returns to step S130 again and the actual rotational speed is measured. Thereafter, the above routine (S130 to S160) is repeatedly executed.

燃料電池６に接続された負荷の大きさが変わる等、目標電池発電電力に変更が有る場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１００に戻り、目標電池発電電力の再設定処理を行う。以後、上述のルーチン（Ｓ１００〜Ｓ１６０）を実行する。 When there is a change in the target battery generated power, such as when the load connected to the fuel cell 6 is changed (step S160: Yes), the process returns to step S100, and the target battery generated power is reset. Thereafter, the above-described routines (S100 to S160) are executed.

以上説明した発電インバータ制御処理（図３）によれば、圧縮機１の回転速度は、燃料電池６が要求する圧縮空気の圧力と流量に適した回転速度に近い値に維持される。その結果、燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力と流量とを、燃料電池６の空気の流れに対する抵抗力の大きさによって決まる値、すなわち、圧力と流量の目標値に近い値に維持することができる。 According to the power generation inverter control process (FIG. 3) described above, the rotation speed of the compressor 1 is maintained at a value close to the rotation speed suitable for the pressure and flow rate of the compressed air required by the fuel cell 6. As a result, the pressure and flow rate of the compressed air supplied to the fuel cell 6 are maintained at values determined by the magnitude of the resistance force against the air flow of the fuel cell 6, that is, values close to the target values of the pressure and flow rate. be able to.

なお、図４のグラフに示すように、圧縮機１の回転速度を目標回転速度に維持した場合でも、燃料電池６の構造や、圧縮機１と燃料電池６とを接続する流路１００、１０１の構造、燃料電池６での電気化学反応の状態等に応じて、圧力や流量が目標値からずれる可能性がある。本実施例では、圧縮ガス制御部２４は、流路１０１に設けられた発電空気量調整弁８の開度を調整することによって、圧力や流量の調整を行うことができる。例えば、流量が目標値よりも大きい場合には、発電空気量調整弁８の開度を小さくすることによって流量を小さくすることができる。 As shown in the graph of FIG. 4, even when the rotation speed of the compressor 1 is maintained at the target rotation speed, the structure of the fuel cell 6 and the flow paths 100 and 101 that connect the compressor 1 and the fuel cell 6. Depending on the structure, the state of the electrochemical reaction in the fuel cell 6 and the like, the pressure and flow rate may deviate from the target values. In the present embodiment, the compressed gas control unit 24 can adjust the pressure and flow rate by adjusting the opening degree of the power generation air amount adjustment valve 8 provided in the flow path 101. For example, when the flow rate is larger than the target value, the flow rate can be reduced by reducing the opening degree of the power generation air amount adjusting valve 8.

燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力や流量は、圧力センサや流量センサを圧縮空気の流路（例えば、図１の流路１０１の燃料電池６と発電空気量調整弁８の間）に設けることによって測定することができる（図示せず）。また、発電空気量調整弁８として、一定流量のガスを通す定量弁や、一定の圧力を維持するレギュレータを用いることによって、適正な流量や圧力を維持する方法を用いてもよい。 The pressure and flow rate of the compressed air supplied to the fuel cell 6 can be adjusted using a pressure sensor or a flow rate sensor in the compressed air flow path (for example, between the fuel cell 6 and the generated air amount adjustment valve 8 in the flow path 101 of FIG. 1). It can measure by providing (not shown). Further, as the power generation air amount adjusting valve 8, a method of maintaining an appropriate flow rate or pressure by using a metering valve that allows a constant flow rate of gas or a regulator that maintains a constant pressure may be used.

このように、第１実施例では、圧縮ガス制御部２４は、発電インバータ５の動作を制御することによって圧縮機１の回転速度を制御し、圧縮機１が過剰な圧縮空気を出力することを抑制することができる。従って、圧縮機１を駆動するための動力を節約することができる。さらに、第１実施例では、節約した動力を電力に変換するので、複合発電システムの発電効率を向上させることが可能である。なお、本実施例において、図３に示す発電インバータ５の制御処理は、本発明における「圧縮ガス制御処理」に相当する。 Thus, in 1st Example, the compressed gas control part 24 controls the rotational speed of the compressor 1 by controlling the operation | movement of the electric power generation inverter 5, and the compressor 1 outputs excess compressed air. Can be suppressed. Therefore, power for driving the compressor 1 can be saved. Furthermore, in the first embodiment, the saved power is converted into electric power, so that it is possible to improve the power generation efficiency of the combined power generation system. In this embodiment, the control process of the power generation inverter 5 shown in FIG. 3 corresponds to the “compressed gas control process” in the present invention.

なお、圧縮機１から過剰な圧縮空気が出力される場合には、圧縮空気の余剰分をタービン３に供給することによって、圧縮空気の余剰分を動力源として用いることができる。この際、圧縮空気の余剰分を、そのまま、燃料電池６のカソード排ガスと混合させてタービン３に供給すると、タービン３を駆動するガスの温度が低下し、タービン３を安定に駆動させることができなくなる可能性がある。そこで、図２（ｂ）に示す燃焼運転と同様に、圧縮空気の余剰分を燃焼器２に供給し、燃料を燃焼させ、燃焼した後の燃焼ガスをタービン３に供給する方法を用いることによって、圧縮空気の余剰分を動力源として用いるとともに、タービン３を安定に駆動させることができる。但し、この場合には、複合発電システムに要求される発電電力が、燃料電池によって賄うことができる電力よりも小さい場合でも、燃焼のために燃料を消費することになるので、燃費コストが高くなる可能性がある。従って、複合発電システムに要求される発電電力が小さい場合に、図２（ｄ）に示す排ガス運転を行うことが好ましい。こうすることによって、燃料を燃焼させずに複合発電システム８００の運転を行うことができるので、燃費を向上させることができる。 When excessive compressed air is output from the compressor 1, the surplus compressed air can be used as a power source by supplying the surplus compressed air to the turbine 3. At this time, if the excess compressed air is directly mixed with the cathode exhaust gas of the fuel cell 6 and supplied to the turbine 3, the temperature of the gas that drives the turbine 3 decreases, and the turbine 3 can be driven stably. There is a possibility of disappearing. Therefore, similarly to the combustion operation shown in FIG. 2B, by using a method of supplying the surplus compressed air to the combustor 2, burning the fuel, and supplying the burned combustion gas to the turbine 3. The surplus compressed air can be used as a power source, and the turbine 3 can be driven stably. However, in this case, even if the generated power required for the combined power generation system is smaller than the power that can be covered by the fuel cell, the fuel is consumed for combustion, which increases the fuel cost. there is a possibility. Therefore, when the generated power required for the combined power generation system is small, it is preferable to perform the exhaust gas operation shown in FIG. By doing so, the combined power generation system 800 can be operated without burning the fuel, so that the fuel consumption can be improved.

上述の第１実施例では複合発電システムの通常運転として「排ガス運転」を行っていたが、第２実施例では、複合発電システムに要求される発電電力に応じて「排ガス運転」と「燃焼運転」とを切り替える。ここで、「燃料運転」とは、図２（ｂ）に示す運転状態を意味し、かかる運転により、燃焼器２からの燃焼ガスを利用して、タービン３、すなわち、発電機４を駆動させる動力を増加させることができるので、要求される電力を得ることが可能となる。なお、第２実施例のシステムの構成は第１実施例と同じである。 In the first embodiment described above, “exhaust gas operation” is performed as the normal operation of the combined power generation system. In the second embodiment, “exhaust gas operation” and “combustion operation” are performed according to the generated power required for the combined power generation system. ”. Here, the “fuel operation” means the operation state shown in FIG. 2B, and the turbine 3, that is, the generator 4 is driven by using the combustion gas from the combustor 2 by such operation. Since the power can be increased, the required power can be obtained. Note that the system configuration of the second embodiment is the same as the first embodiment.

図５は、第２実施例における複合発電システムの運転ルーチンを表すフローチャートである。制御部２０（図１）は、まず、複合発電システム８００に要求される発電電力の大きさの判定を行う（ステップＳ３００）。要求発電電力が、燃料電池６とカソード排ガスとによる発電で賄うことが可能な電力（以下、最大排ガス運転発電電力と呼ぶ）と比べて大きい場合（ステップＳ３００：Ｙｅｓ）には、制御部２０は、燃焼運転を行うための始動処理を実行する（ステップＳ３１０）。 FIG. 5 is a flowchart showing an operation routine of the combined power generation system in the second embodiment. The control unit 20 (FIG. 1) first determines the magnitude of the generated power required for the combined power generation system 800 (step S300). When the required generated power is larger than the power that can be covered by the power generation by the fuel cell 6 and the cathode exhaust gas (hereinafter referred to as the maximum exhaust gas operation generated power) (step S300: Yes), the control unit 20 Then, a starting process for performing the combustion operation is executed (step S310).

ステップＳ３１０では、制御部２０は、図２（ａ）〜（ｂ）の手順に従って始動処理を実行する。始動処理の後、制御部２０は、燃焼運転を行う（ステップＳ３２０）。燃焼運転の詳細については後述する。 In step S310, the control part 20 performs a starting process according to the procedure of Fig.2 (a)-(b). After the starting process, the control unit 20 performs a combustion operation (step S320). Details of the combustion operation will be described later.

ステップＳ３００において、要求発電電力が最大排ガス運転発電電力と比べて小さい場合（ステップＳ３００：Ｎｏ）には、制御部２０は、排ガス運転を行うための始動処理を実行する（ステップＳ３４０）。 In step S300, when the required generated power is smaller than the maximum exhaust gas operation generated power (step S300: No), the control unit 20 executes a starting process for performing the exhaust gas operation (step S340).

ステップＳ３４０では、制御部２０は、図２（ａ）〜（ｄ）の手順に従って始動処理を実行する。始動処理の後、制御部２０は、排ガス運転を行う（ステップＳ３５０）。このステップＳ３５０では、圧縮ガス制御部２４は、図３に示す発電インバータ制御処理、すなわち、圧縮ガス制御処理を実行する。 In step S340, the control unit 20 executes the starting process according to the procedure of FIGS. After the starting process, the control unit 20 performs the exhaust gas operation (step S350). In step S350, the compressed gas control unit 24 executes a power generation inverter control process shown in FIG. 3, that is, a compressed gas control process.

制御部２０は、再び、要求発電電力の大きさの判定を行う（ステップＳ３６０）。要求発電電力が最大排ガス運転発電電力と比べて小さい場合（ステップＳ３６０：Ｎｏ）には、ステップＳ３５０に戻り、排ガス運転を継続する。 The control unit 20 again determines the magnitude of the required generated power (step S360). When the required generated power is smaller than the maximum exhaust gas operation generated power (step S360: No), the process returns to step S350 and the exhaust gas operation is continued.

要求発電電力が最大排ガス運転発電電力と比べて大きい値に変化した場合（ステップＳ３６０：Ｙｅｓ）には、制御部２０は、燃焼運転に移行するために、燃焼器２の点火処理を実行する（ステップＳ３７０）。 When the required generated power is changed to a value larger than the maximum exhaust gas operation generated power (step S360: Yes), the control unit 20 executes an ignition process of the combustor 2 in order to shift to the combustion operation ( Step S370).

ステップＳ３７０では、制御部２０は、図２（ｄ）、２（ｃ）、２（ｂ）の手順に従って、燃焼器２の燃焼を開始させる。具体的には、図２（ｄ）に示す排ガス運転状態において、燃焼空気量調整弁７を開け、燃焼器２への圧縮空気の供給を開始する。制御部２０の燃焼器制御部２２は、燃焼器２への燃料供給を開始し、点火することによって、燃焼を開始させる。 In step S370, the control unit 20 starts combustion of the combustor 2 in accordance with the procedures of FIGS. 2 (d), 2 (c), and 2 (b). Specifically, in the exhaust gas operation state shown in FIG. 2 (d), the combustion air amount adjustment valve 7 is opened, and the supply of compressed air to the combustor 2 is started. The combustor control unit 22 of the control unit 20 starts combustion by starting fuel supply to the combustor 2 and igniting it.

燃焼器２での燃焼が開始すると、複合発電システム８００は燃焼運転状態となる（ステップＳ３２０）。タービン３は、燃料電池６のカソード排ガスに加えて、燃焼器２の燃焼ガスを動力源として用いることが可能である。従って、複合発電システム８００は、燃料電池６による最大排ガス運転発電電力以上の電力を供給することが可能である。 When combustion in the combustor 2 starts, the combined power generation system 800 enters a combustion operation state (step S320). The turbine 3 can use the combustion gas of the combustor 2 as a power source in addition to the cathode exhaust gas of the fuel cell 6. Therefore, the combined power generation system 800 can supply electric power that exceeds the maximum exhaust gas operation power generated by the fuel cell 6.

ステップＳ３２０の燃焼運転では、圧縮ガス制御部２４が圧縮ガス制御処理を実行する代わりに、燃焼器制御部２２が、燃焼器２に供給する燃料の流量を調整することによる発電電力の調整処理を実行する。具体的には、要求発電電力が比較的大きい場合には、燃焼器２へ供給する燃料の流量を比較的多くする。こうすれば、燃焼ガスを大きく昇温させることができるので、タービン３によって生み出される動力を大きくすることができる。その結果、発電機４の駆動に用いることが可能な動力を増加させることができるので、発電インバータ５は、より大きな電力を発電機４から電力系統１１へ供給することができる。一方、要求発電電力が比較的小さい場合には、燃焼器２への燃料の流量を比較的少なくする。こうすれば、過剰に燃料を消費することを抑制することができる。 In the combustion operation of step S320, instead of the compressed gas control unit 24 executing the compressed gas control process, the combustor control unit 22 performs the generated power adjustment process by adjusting the flow rate of the fuel supplied to the combustor 2. Execute. Specifically, when the required generated power is relatively large, the flow rate of fuel supplied to the combustor 2 is relatively increased. By so doing, the temperature of the combustion gas can be increased greatly, so that the power generated by the turbine 3 can be increased. As a result, the power that can be used to drive the generator 4 can be increased, so that the power generation inverter 5 can supply larger power from the generator 4 to the power system 11. On the other hand, when the required generated power is relatively small, the flow rate of fuel to the combustor 2 is relatively small. In this way, excessive fuel consumption can be suppressed.

燃焼器制御部２２は、燃料の流量調整を、発電機４の回転速度に基づいて行うことができる。発電機４は、その回転速度に応じた電力を発電することが可能である。ここで、発電インバータ５が電力系統１１へ供給する系統発電電力に適した回転速度を適正回転速度と呼ぶ。発電機４の実回転速度が適正回転速度と比べて速い場合には、燃焼器制御部２２が、燃料の流量を小さくすることが好ましい。こうすれば、タービン３によって生み出される動力が小さくなるので、発電機４の実回転速度を遅くすることができる。一方、発電機４の実回転速度が適正回転速度と比べて遅い場合には、燃料の流量を大きくすることが好ましい。こうすれば、タービン３によって生み出される動力が大きくなるので、発電機４の実回転速度を速くすることができる。 The combustor control unit 22 can adjust the flow rate of the fuel based on the rotational speed of the generator 4. The generator 4 can generate electric power according to the rotation speed. Here, the rotation speed suitable for the system generated power supplied from the power generation inverter 5 to the power system 11 is referred to as an appropriate rotation speed. When the actual rotational speed of the generator 4 is higher than the appropriate rotational speed, it is preferable that the combustor control unit 22 reduce the fuel flow rate. By doing so, the power generated by the turbine 3 is reduced, so that the actual rotational speed of the generator 4 can be reduced. On the other hand, when the actual rotational speed of the generator 4 is slower than the appropriate rotational speed, it is preferable to increase the fuel flow rate. By doing so, the power generated by the turbine 3 increases, so that the actual rotational speed of the generator 4 can be increased.

本実施例では、燃焼器制御部２２は、回転速度測定部１２の測定結果を、発電機４の実回転速度として採用することができる。燃焼器制御部２２は、実回転速度と適正回転速度との差が小さくなるように、燃料の流量を調整する。燃料流量の調整方法としては、ＰＩＤ制御を用いた方法等、種々の方法を用いることができる。 In the present embodiment, the combustor control unit 22 can employ the measurement result of the rotation speed measurement unit 12 as the actual rotation speed of the generator 4. The combustor control unit 22 adjusts the flow rate of the fuel so that the difference between the actual rotation speed and the appropriate rotation speed becomes small. As a method for adjusting the fuel flow rate, various methods such as a method using PID control can be used.

また、燃料電池６に供給されるガスの流量と圧力とは、燃料電池６に接続される負荷の大きさや燃料電池６の温度等に応じて適宜調整されることが好ましい。本実施例では、燃料電池６に供給される空気の流量と圧力とは、燃焼空気量調整弁７や発電空気量調整弁８の開度を調整することによって、調整することができる。例えば、燃料電池６に供給される空気の圧力が高い場合には、燃焼空気量調整弁７を開度を大きくし、燃焼器２に供給される空気の割合を増やすことによって、燃料電池６に供給される空気の圧力を下げることができる。 The flow rate and pressure of the gas supplied to the fuel cell 6 are preferably adjusted as appropriate according to the size of the load connected to the fuel cell 6, the temperature of the fuel cell 6, and the like. In the present embodiment, the flow rate and pressure of the air supplied to the fuel cell 6 can be adjusted by adjusting the opening degree of the combustion air amount adjusting valve 7 and the power generation air amount adjusting valve 8. For example, when the pressure of the air supplied to the fuel cell 6 is high, the degree of opening of the combustion air amount adjusting valve 7 is increased, and the proportion of the air supplied to the combustor 2 is increased, so that the fuel cell 6 The pressure of the supplied air can be lowered.

次に、制御部２０は、要求発電電力の大きさの判定を行う（ステップＳ３３０）。要求発電電力が最大排ガス運転発電電力と比べて大きい場合（ステップＳ３３０：Ｙｅｓ）には、ステップＳ３２０に戻り、燃焼運転を継続する。 Next, the control unit 20 determines the magnitude of the required generated power (step S330). When the required generated power is larger than the maximum exhaust gas operation generated power (step S330: Yes), the process returns to step S320 and the combustion operation is continued.

要求発電電力が最大排ガス運転発電電力と比べて小さい値に変化した場合（ステップＳ３３０：Ｎｏ）には、制御部２０は、排ガス運転に移行するために、燃焼器２の消火処理を実行する（ステップＳ３８０）。 When the required generated power changes to a value smaller than the maximum exhaust gas operation generated power (step S330: No), the control unit 20 executes a fire extinguishing process of the combustor 2 in order to shift to the exhaust gas operation ( Step S380).

ステップＳ３８０では、制御部２０は、図２（ｂ）〜（ｄ）の手順に従って、燃焼器２の燃焼を停止させる。燃焼器２での燃焼が停止すると、複合発電システム８００は排ガス運転状態となる（ステップＳ３５０）。以後、上述の各ステップを繰り返し実行する。 In step S380, the control unit 20 stops the combustion of the combustor 2 according to the procedure of FIGS. 2 (b) to 2 (d). When the combustion in the combustor 2 is stopped, the combined power generation system 800 enters an exhaust gas operation state (step S350). Thereafter, the above steps are repeatedly executed.

このように、図５に示す複合発電システム運転ルーチンによれば、要求発電電力が最大排ガス運転発電電力よりも小さい場合には、燃焼器２で燃焼をさせない排ガス運転が行われる。従って、必要以上に燃料を消費することなく、効率の良い発電を行うことができる。また、要求発電電力が最大排ガス運転発電電力よりも大きい場合には、燃焼器２からの燃焼ガスを用いた燃焼運転が行われる。従って、燃料電池６の発電能力以上の発電要求がある場合にも、その要求に応じることが可能である。 As described above, according to the combined power generation system operation routine shown in FIG. 5, when the required generated power is smaller than the maximum exhaust gas operation generated power, the exhaust gas operation in which combustion is not performed in the combustor 2 is performed. Therefore, efficient power generation can be performed without consuming fuel more than necessary. Further, when the required generated power is larger than the maximum exhaust gas operation generated power, the combustion operation using the combustion gas from the combustor 2 is performed. Therefore, even when there is a power generation request exceeding the power generation capacity of the fuel cell 6, it is possible to meet the request.

Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例の複合発電システム８００ａの構成を示すブロック図である。図１に示す複合発電システム８００との差異は、発電インバータ５と回転速度測定部１２とが省略され、その代わりに、圧縮機１にインレットガイドベーン１３が設けられている点である。また、本実施例では、発電機４は、発電インバータを介さずに電力系統１１に接続されている。従って、発電機４は、電力系統１１の周波数に同期した回転速度で駆動される。 C. Third embodiment:
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the combined power generation system 800a of the third embodiment. The difference from the combined power generation system 800 shown in FIG. 1 is that the power generation inverter 5 and the rotation speed measurement unit 12 are omitted, and an inlet guide vane 13 is provided in the compressor 1 instead. In the present embodiment, the generator 4 is connected to the power system 11 without going through the power generation inverter. Therefore, the generator 4 is driven at a rotational speed synchronized with the frequency of the power system 11.

インレットガイドベーン１３は、圧縮機１の吸入口に設けられた複数の羽根で構成されている（図示省略）。インレットガイドベーン１３は、流路抵抗を調節する機能を有しているので、図６では、図示の便宜上、調節弁のマークが描かれている。圧縮ガス制御部２４ａは、インレットガイドベーン１３の羽根の向き、すなわち、開度を調整することによって、圧縮機１が吸入する空気量を調整することが可能である。本実施例において、インレットガイドベーン１３は、本発明における「駆動状態調整部」に相当する。圧縮ガス制御部２４ａは、排ガス運転時において、燃料電池６に供給される圧縮ガスの圧力と流量とが適正な値となるようにインレットガイドベーン１３の開度を調整する。 The inlet guide vane 13 includes a plurality of blades provided at the suction port of the compressor 1 (not shown). Since the inlet guide vane 13 has a function of adjusting the flow path resistance, FIG. 6 shows a control valve mark for convenience of illustration. The compressed gas control unit 24a can adjust the amount of air taken in by the compressor 1 by adjusting the direction of the blades of the inlet guide vane 13, that is, the opening degree. In the present embodiment, the inlet guide vane 13 corresponds to a “driving state adjusting unit” in the present invention. The compressed gas control unit 24a adjusts the opening degree of the inlet guide vane 13 so that the pressure and flow rate of the compressed gas supplied to the fuel cell 6 become appropriate values during the exhaust gas operation.

本実施例では、図１に示す第１実施例と同様に、図２（ａ）〜（ｄ）に示す手順に従って排ガス運転を行うことが可能である。 In the present embodiment, the exhaust gas operation can be performed according to the procedure shown in FIGS. 2A to 2D, as in the first embodiment shown in FIG.

図７は、複合発電システム８００ａの排ガス運転において、圧縮ガス制御部２４ａ（図６）が実行するインレットガイドベーン１３の制御処理を表すフローチャートである。本実施例では、圧縮ガス制御部２４ａは、圧縮機１からの圧縮空気を用いて燃料電池６が要求する圧力と流量とが得られるように、インレットガイドベーン１３の動作を制御する。 FIG. 7 is a flowchart showing the control process of the inlet guide vane 13 executed by the compressed gas control unit 24a (FIG. 6) in the exhaust gas operation of the combined power generation system 800a. In the present embodiment, the compressed gas control unit 24 a controls the operation of the inlet guide vane 13 so that the pressure and flow rate required by the fuel cell 6 can be obtained using the compressed air from the compressor 1.

ステップＳ２００は、図３のステップＳ１００と同じ処理である。圧縮ガス制御部２４ａは、燃料電池６に対する目標電池発電電力の設定処理を実行する。 Step S200 is the same process as step S100 of FIG. The compressed gas control unit 24 a executes a target battery generated power setting process for the fuel cell 6.

ステップＳ２１０は、図３のステップＳ１１０と同じ処理である。圧縮ガス制御部２４ａは、ステップＳ２００で設定した目標電池発電電力に基づいて、燃料電池６が要求する空気の圧力と流量との目標値を設定する。 Step S210 is the same process as step S110 of FIG. The compressed gas control unit 24a sets the target values of the air pressure and flow rate required by the fuel cell 6 based on the target battery generated power set in step S200.

ステップＳ２２０では、圧縮ガス制御部２４ａは、燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力と流量とが、目標値に近い値となるように、インレットガイドベーン１３の開度を調整する。 In step S220, the compressed gas control unit 24a adjusts the opening degree of the inlet guide vane 13 so that the pressure and flow rate of the compressed air supplied to the fuel cell 6 become values close to the target values.

第３実施例では、発電機４は、電力系統１１の周波数に同期した回転速度で駆動される。すなわち、圧縮機１も電力系統１１の周波数に同期した回転速度で駆動される。従って、インレットガイドベーン１３の開度を小さくし、圧縮機１が吸入する空気量を低減させることによって、圧縮機１が出力する圧縮空気、すなわち、燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力や流量を小さくすることができる。逆に、インレットガイドベーン１３の開度を大きくし、吸入空気量を増加させることによって、圧力や流量を大きくすることができる。 In the third embodiment, the generator 4 is driven at a rotation speed synchronized with the frequency of the power system 11. That is, the compressor 1 is also driven at a rotational speed synchronized with the frequency of the power system 11. Therefore, by reducing the opening of the inlet guide vane 13 and reducing the amount of air sucked by the compressor 1, the pressure of the compressed air output from the compressor 1, that is, the compressed air supplied to the fuel cell 6, The flow rate can be reduced. Conversely, the pressure and flow rate can be increased by increasing the opening of the inlet guide vane 13 and increasing the amount of intake air.

本実施例では、圧縮ガス制御部２４ａは、圧力と流量の目標値の組み合わせと、開度との対応関係をマップとして記憶し、マップを参照することによって、インレットガイドベーン１３の開度調整を実行する。 In the present embodiment, the compressed gas control unit 24a stores the correspondence between the combination of the target value of the pressure and the flow rate and the opening as a map, and adjusts the opening of the inlet guide vane 13 by referring to the map. Execute.

図８は、圧縮機１の駆動に必要となる動力と、インレットガイドベーン１３の開度との関係を示すグラフである。インレットガイドベーン１３の開度を小さくすると、圧縮機１が吸入する空気量が小さくなる。その結果、圧縮機１が圧縮する空気量が小さくなるので、圧縮機１を駆動するために必要となる動力を小さくすることができる。従って、燃料電池６が要求する空気の圧力と流量とが小さい場合には、開度を小さくすることによって、圧縮機１が過剰な圧縮空気を出力することを抑制するとともに、圧縮機１の駆動に必要な動力を節約することができる。さらに、節約した動力は、発電機４によって電力に変換されるので、複合発電システムの発電効率の向上を図ることができる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the power required for driving the compressor 1 and the opening degree of the inlet guide vane 13. When the opening degree of the inlet guide vane 13 is reduced, the amount of air taken in by the compressor 1 is reduced. As a result, since the amount of air compressed by the compressor 1 is reduced, the power required to drive the compressor 1 can be reduced. Therefore, when the pressure and flow rate of the air required by the fuel cell 6 are small, by reducing the opening, the compressor 1 is prevented from outputting excessive compressed air, and the compressor 1 is driven. You can save the power required. Furthermore, since the saved power is converted into electric power by the generator 4, the power generation efficiency of the combined power generation system can be improved.

ステップＳ２３０（図７）は、図３のステップＳ１６０と同様に、燃料電池６に対する目標電池発電電力の変更の有無の確認を行う。変更が無い場合（ステップＳ２３０：Ｎｏ）は、再び、ステップＳ２２０を繰り返し実行する。 In step S230 (FIG. 7), whether or not the target cell generated power has been changed for the fuel cell 6 is confirmed, as in step S160 of FIG. If there is no change (step S230: No), step S220 is repeated again.

目標電池発電電力に変更が有る場合（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ）は、Ｓ１００に戻り、目標電池発電電力の再設定処理を行う。以後、上述のルーチン（Ｓ２００〜Ｓ２３０）を繰り返し実行する。 When there is a change in the target battery generated power (step S230: Yes), the process returns to S100, and the target battery generated power is reset. Thereafter, the above routine (S200 to S230) is repeatedly executed.

以上説明したインレットガイドベーン制御処理（図７）によれば、圧縮機１の空気吸入量は、燃料電池６が要求する圧縮空気の圧力と流量に適した量に維持される。その結果、燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力と流量とを、目標値に近い値に維持することができる。本実施例において、図７に示すインレットガイドベーン１３の制御処理は、本発明における「圧縮ガス制御処理」に相当する。 According to the inlet guide vane control process (FIG. 7) described above, the air intake amount of the compressor 1 is maintained at an amount suitable for the pressure and flow rate of the compressed air required by the fuel cell 6. As a result, the pressure and flow rate of the compressed air supplied to the fuel cell 6 can be maintained at values close to the target value. In this embodiment, the control process of the inlet guide vane 13 shown in FIG. 7 corresponds to the “compressed gas control process” in the present invention.

なお、インレットガイドベーン１３の開度を適切に制御した場合でも、上述した第１実施例と同様に、圧縮機１と燃料電池６とを接続する流路１００、１０１の構造等に応じて、圧力や流量が目標値からずれる可能性がある。このような場合には、圧縮ガス制御部２４ａは、発電空気量調整弁８の開度を調整することによって、圧力や流量の調整を行うことができる。 Even when the opening degree of the inlet guide vane 13 is appropriately controlled, according to the structure of the flow paths 100 and 101 connecting the compressor 1 and the fuel cell 6 as in the first embodiment described above, The pressure and flow rate may deviate from the target values. In such a case, the compressed gas control unit 24a can adjust the pressure and flow rate by adjusting the opening degree of the power generation air amount adjustment valve 8.

また、図６に示す実施例では、圧縮機１の回転速度が一定の場合でも、圧縮空気の圧力と流量とを調整することが可能である。従って、発電機４と電力系統１１とがインバータを介さずに接続されている場合でも、圧縮機１が過剰な圧縮空気を出力することを抑制し、圧縮機１の駆動に必要な動力を節約することができる。 Further, in the embodiment shown in FIG. 6, it is possible to adjust the pressure and flow rate of the compressed air even when the rotation speed of the compressor 1 is constant. Therefore, even when the generator 4 and the power system 11 are connected without an inverter, the compressor 1 is prevented from outputting excessive compressed air, and the power necessary for driving the compressor 1 is saved. can do.

なお、本実施例においても、図５に示す複合発電システム運転ルーチンに従った運転を行うことができる。排ガス運転を行う場合（図５：ステップＳ３５０）には、圧縮ガス制御部２４ａ（図６）は、図７に示すインレットガイドベーン制御処理、すなわち、圧縮ガス制御処理を実行する。一方、燃焼運転を行う場合（図５：ステップＳ３２０）には、燃焼器制御部２２ａ（図６）は、発電機４の回転速度が電力系統１１の周波数に同期した回転速度となるように、燃料の流量を調整する。 In this embodiment, the operation according to the combined power generation system operation routine shown in FIG. 5 can be performed. When the exhaust gas operation is performed (FIG. 5: Step S350), the compressed gas control unit 24a (FIG. 6) executes the inlet guide vane control process shown in FIG. 7, that is, the compressed gas control process. On the other hand, when the combustion operation is performed (FIG. 5: Step S320), the combustor control unit 22a (FIG. 6) causes the rotational speed of the generator 4 to be a rotational speed synchronized with the frequency of the power system 11. Adjust the fuel flow rate.

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 D. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｄ１．変形例１：
図６に示した実施例では、インレットガイドベーン１３の開度を、圧力と流量の目標値の組み合わせと、開度との対応関係で構成されたマップに基づいて調整しているが、この代わりに、燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力や流量の測定値に基づいて開度を調整してもよい。このとき、圧縮ガス制御部２４ａが、発電空気量調整弁８の開度も合わせて調整する構成とすることが好ましい。こうすることによって、燃料電池６に供給される圧縮空気の圧力や流量を、より適切に目標値に近づけることができる。 D1. Modification 1:
In the embodiment shown in FIG. 6, the opening degree of the inlet guide vane 13 is adjusted based on the map configured by the correspondence between the combination of the target value of the pressure and the flow rate and the opening degree. In addition, the opening degree may be adjusted based on measured values of pressure and flow rate of the compressed air supplied to the fuel cell 6. At this time, it is preferable that the compressed gas control unit 24a adjusts the opening of the power generation air amount adjusting valve 8 together. By doing so, the pressure and flow rate of the compressed air supplied to the fuel cell 6 can be brought closer to the target value more appropriately.

Ｄ２．変形例２：
上述した各実施例において、燃料電池６へ供給する圧縮空気の流量測定値の代わりに、流量に関連のあるパラメータ値を用いることができる。例えば、流量に関連のあるパラメータ値として、燃料電池６の温度を用いることができる。 D2. Modification 2:
In each of the above-described embodiments, a parameter value related to the flow rate can be used instead of the flow rate measurement value of the compressed air supplied to the fuel cell 6. For example, the temperature of the fuel cell 6 can be used as a parameter value related to the flow rate.

圧縮空気の流量が大きい場合には、カソード排ガスによって燃料電池６から排出される熱量も大きくなるので、燃料電池６が冷却され、燃料電池６の温度が低くなる傾向がある。一方、圧縮空気の流量が小さい場合には、カソード排ガスによって排出される熱量が小さくなるので、燃料電池６の温度が高くなる傾向がある。従って、燃料電池６の温度が低いほど、圧縮空気の流量が大きいと推定することができる。 When the flow rate of compressed air is large, the amount of heat discharged from the fuel cell 6 by the cathode exhaust gas also increases, so that the fuel cell 6 is cooled and the temperature of the fuel cell 6 tends to decrease. On the other hand, when the flow rate of the compressed air is small, the amount of heat exhausted by the cathode exhaust gas becomes small, so that the temperature of the fuel cell 6 tends to increase. Therefore, it can be estimated that the lower the temperature of the fuel cell 6, the larger the flow rate of the compressed air.

Ｄ３．変形例３：
上述の各実施例において、燃焼器２に用いる燃料としては、燃焼器２から排出する燃焼ガスをタービン３を駆動するのに十分に昇温させることが可能な燃料であれば良く、ガソリンなどの炭化水素や、メタノールなどのアルコールやアルデヒド類、あるいは天然ガスなどを用いることができる。ここで、燃焼器２に用いる燃料を、燃料電池６に用いる燃料ガスのための原燃料と同じとすれば、複数種類の燃料を準備せずに発電運転を行うことができるので、運転コストを低く抑えることができる。 D3. Modification 3:
In each of the above-described embodiments, the fuel used for the combustor 2 may be any fuel that can sufficiently raise the temperature of the combustion gas discharged from the combustor 2 to drive the turbine 3, such as gasoline. Hydrocarbons, alcohols such as methanol, aldehydes, or natural gas can be used. Here, if the fuel used for the combustor 2 is the same as the raw fuel for the fuel gas used for the fuel cell 6, the power generation operation can be performed without preparing a plurality of types of fuel. It can be kept low.

Ｄ４．変形例４：
上述の各実施例では燃料電池６として溶融炭酸塩型燃料電池を用いたが、この他にも、固体高分子電解質型や、アルカリ水溶液電解質型、固体電解質型、あるいは、リン酸電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。但し、燃料電池６からの排ガスの温度が比較的高い溶融炭酸塩型や固体電解質型の燃料電池を用いれば、排ガスを用いてタービン３を効率よく駆動させることができるので、発電効率を、さらに、向上させることができる。 D4. Modification 4:
In each of the above-described embodiments, a molten carbonate fuel cell was used as the fuel cell 6, but in addition to this, a solid polymer electrolyte type, an alkaline aqueous electrolyte type, a solid electrolyte type, a phosphoric acid electrolyte type, etc. Various types of fuel cells can be used. However, if a molten carbonate type or solid electrolyte type fuel cell in which the temperature of the exhaust gas from the fuel cell 6 is relatively high is used, the turbine 3 can be efficiently driven using the exhaust gas. Can be improved.

Ｄ５．変形例５：
上述の各実施例では、圧縮機１の駆動速度を調整可能な駆動状態調整部として発電インバータ５を用いたが、駆動速度を調整する方法としては、圧縮機１とタービン３とを変速機を用いて接続し、変速機を駆動状態調整部として用いる方法等、種々の方法を用いることができる。 D5. Modification 5:
In each of the above-described embodiments, the power generation inverter 5 is used as a drive state adjustment unit capable of adjusting the drive speed of the compressor 1. However, as a method of adjusting the drive speed, the transmission between the compressor 1 and the turbine 3 can be changed. Various methods such as a method of using the transmission as a driving state adjusting unit can be used.

Ｄ６．変形例６：
上述の各実施例では、圧縮機１へのガス吸入量を調整可能な駆動状態調整部としてインレットガイドベーン１３を用いたが、ガス吸入量を調整する方法としては、圧縮機１が吸入するガスの流路に流量調整バルブを設け、流量調整バルブを駆動状態調整部として用いる方法等、種々の方法を用いることができる。 D6. Modification 6:
In each of the above-described embodiments, the inlet guide vane 13 is used as a driving state adjustment unit that can adjust the gas intake amount to the compressor 1. However, as a method of adjusting the gas intake amount, the gas sucked by the compressor 1 is used. Various methods such as a method of providing a flow rate adjusting valve in the flow path and using the flow rate adjusting valve as a drive state adjusting unit can be used.

本発明の一実施例としての複合発電システム８００の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the combined power generation system 800 as one Example of this invention. 複合発電システム８００の始動手順の一実施例を示す説明図。Explanatory drawing which shows one Example of the starting procedure of the combined power generation system. 排ガス運転における発電インバータ５の制御処理を表すフローチャート。The flowchart showing the control processing of the power generation inverter 5 in exhaust gas operation. 目標回転速度のマップを説明するグラフ。The graph explaining the map of target rotational speed. 複合発電システムの運転ルーチンを表すフローチャート。The flowchart showing the operation routine of a combined power generation system. 複合発電システムの別の実施例としての複合発電システム８００ａの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the combined power generation system 800a as another Example of a combined power generation system. 排ガス運転におけるインレットガイドベーン１３の制御処理を表すフローチャート。The flowchart showing the control processing of the inlet guide vane 13 in exhaust gas operation. 圧縮機１の駆動に必要となる動力とインレットガイドベーン１３の開度との関係を示すグラフ。6 is a graph showing the relationship between the power required for driving the compressor 1 and the opening degree of the inlet guide vane 13.

Explanation of symbols

１...圧縮機
２...燃焼器
３...タービン
４...発電機
５...発電インバータ
６...燃料電池
７...燃焼空気量調整弁
８...発電空気量調整弁
９...カソード排ガス遮断弁
１０...改質器
１１...電力系統
１２...回転速度測定部
１３...インレットガイドベーン
２０、２０ａ...制御部
２２、２２ａ...燃焼器制御部
２４、２４ａ...圧縮ガス制御部
１００、１０１、１０２...流路
２００、２０１...流路
３００、３０１、３０２...流路
８００、８００ａ...複合発電システム
ＧＴ...ガスタービン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor 2 ... Combustor 3 ... Turbine 4 ... Generator 5 ... Power generation inverter 6 ... Fuel cell 7 ... Combustion air amount adjustment valve 8 ... Power generation air Quantity adjustment valve 9 ... Cathode exhaust gas shutoff valve 10 ... Reformer 11 ... Electric power system 12 ... Rotational speed measurement unit 13 ... Inlet guide vane 20, 20a ... Control unit 22, 22a ... Combustor controller 24, 24a ... Compressed gas controller 100, 101, 102 ... Channel 200, 201 ... Channel 300, 301, 302 ... Channel 800, 800a .. . Combined power generation system GT ... Gas turbine

Claims

A combined power generation system of a fuel cell and a gas turbine,
A turbine,
A compressor driven by the turbine;
A generator driven by the turbine;
A fuel cell;
A first gas supply flow path for supplying compressed gas compressed by the compressor to the fuel cell;
A first exhaust gas flow path for supplying exhaust gas discharged from the fuel cell to the turbine;
A drive state adjustment unit capable of adjusting at least one of the drive speed of the compressor and the amount of gas sucked into the compressor;
A compressed gas control unit that executes a compressed gas control process that controls the operation of the drive state adjusting unit so that the flow rate and pressure required by the fuel cell can be obtained by the compressed gas;
A combustor for burning fuel;
A second gas supply flow path for supplying compressed gas compressed by the compressor to the combustor;
A first regulating valve that is provided in the second gas supply flow path and is capable of adjusting at least one of a flow rate and a pressure of a compressed gas supplied to the combustor;
A second exhaust gas passage for supplying exhaust gas discharged from the combustor to the turbine;
A combustor controller for controlling the operation of the combustor;
With
The combustor control unit includes:
At the start of the turbine, the first regulating valve is opened, the combustor is in a combustion state,
After the turbine is started, the combustor is extinguished, the first regulating valve is closed,
The compressed gas control unit is a combined power generation system that performs the compressed gas control process after the turbine is started .

The combined power generation system according to claim 1,
The combined power generation system, wherein the first gas supply channel includes a second adjustment valve capable of adjusting at least one of a flow rate and a pressure of a compressed gas supplied to the fuel cell.

The combined power generation system according to claim 1 or 2,
The drive state adjustment unit is
A guide vane that includes a plurality of blades provided in the compressor and that can adjust the amount of gas sucked into the compressor by adjusting the direction of the blades.
Combined power generation system.

A combined power generation system of a fuel cell and a gas turbine,
  A turbine,
  A compressor driven by the turbine;
  A generator driven by the turbine;
  A fuel cell;
  A gas supply flow path for supplying compressed gas compressed by the compressor to the fuel cell;
  An exhaust gas flow path for supplying exhaust gas discharged from the fuel cell to the turbine;
  A drive state adjustment unit that electrically connects the generator and an external power system and has an inverter that can adjust power supplied from the generator to the power system, and that can adjust the drive speed of the compressor When,
  A compressed gas control unit that executes a compressed gas control process that controls the operation of the drive state adjustment unit so that the flow rate and pressure required by the fuel cell can be obtained by the compressed gas;
  With
  When the flow rate and pressure of the compressed gas required by the fuel cell decrease, the pressure gas control unit decreases the driving speed of the compressor by increasing the supply power using the inverter, and the fuel When the flow rate and pressure of the compressed gas required by a battery increase, the combined power generation system increases the driving speed of the compressor by decreasing the supplied power using the inverter.

A fuel cell, a turbine driven by exhaust gas from the fuel cell, a compressor driven by the turbine and supplying gas to the fuel cell, a generator driven by the turbine, and fuel combustion A combustor, an adjustment valve capable of adjusting at least one of a flow rate and a pressure of a compressed gas compressed by the compressor supplied to the combustor, and exhaust gas discharged from the combustor to the turbine A control method of a combined power generation system comprising an exhaust gas flow path to be supplied ,
Adjusting at least one of the driving speed of the compressor and the amount of gas sucked into the compressor so that the flow rate and pressure required by the fuel cell can be obtained by the compressed gas from the compressor ,
In the step, when the turbine is started, the adjustment valve is opened, the combustor is in a combustion state, and after the turbine is started, the combustor is extinguished and the adjustment valve is closed. A method for controlling a combined power generation system.

A fuel cell, a turbine driven by exhaust gas from the fuel cell, a compressor that is driven by the turbine and supplies gas to the fuel cell, a generator driven by the turbine, and the generator An inverter that electrically connects an external power system and adjusts the power supplied from the generator to the power system.
Adjusting the drive speed of the compressor so that the flow rate and pressure required by the fuel cell are obtained by the compressed gas from the compressor;
In the step, when the flow rate and pressure of the compressed gas required by the fuel cell are decreased, the drive power of the compressor is decreased by increasing the supply power using the inverter, and the fuel cell requires When the flow rate and pressure of the compressed gas increase, the control method of the combined power generation system increases the driving speed of the compressor by decreasing the supplied power using the inverter.