JP6108872B2

JP6108872B2 - コンバインド発電システム、運転方法、及び制御装置

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Publication number: JP6108872B2
Application number: JP2013036181A
Authority: JP
Inventors: 陽喜椋本; 眞竹　徳久; 徳久眞竹; 勝仁桐木平; 森　龍太郎; 龍太郎森; 大澤　弘行; 弘行大澤; 昌弘水原; 雄一寺本
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP2014165072A

Description

本発明は、燃料電池を備えるコンバインド発電システム、並びに当該発電システムの運転方法及び制御装置に関する。

燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）は、低公害で発電効率が高いため、近年、各種分野での利用が期待されている。燃料電池を用いた高効率発電システムとしては、燃料電池とガスタービンとを連携したコンバインド発電システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

このようなコンバインド発電システムにおいて、燃料電池はガスタービンの燃焼機の上流に設置され、燃料電池から排出される未燃分の燃料（残燃料）を含む排燃料ガスをガスタービンの燃焼機に導入している。すなわち、燃料電池とガスタービンの燃焼機とが配管にて接続されている。これにより、コンバインド発電システムは、燃料を無駄なく発電に利用することができる。また、ガスタービンの圧縮機で圧縮された空気は、燃料電池に供給され、燃料の燃焼に利用される。

特開２０１０−１４６９３４号公報

ところで、コンバインド発電システムにおいて燃料電池から排出される排空気と排燃料をガスタービンの燃焼器に供給するため、燃料電池の運転圧力とガスタービンの運転圧力とを等しくする必要がある。このため、コンバインド発電システムの起動時には、燃料電池の内圧を、ガスタービンの運転圧力まで昇圧させる必要がある。したがって、燃料電池の内圧がガスタービンの運転圧力に達するまでは、排燃料ガス燃焼器に供給せず燃料電池の燃料極に再循環させることで、燃料電池の内圧を高め、その後に排燃料ガスを燃焼器に供給する必要がある。

特許文献１に示すコンバインド発電システムにおいて、燃料電池の内圧は、ベント調整弁の開度によって制御される。ベント調整弁とは、燃料電池に循環される排燃料ガス及びガスタービンに供給される排燃料ガスの流量を制御する弁のことである。しかしながら、ベント調整弁は一般的に、定常運転時のガス条件（流量、温度など）に合わせて設計されるため、起動時や停止時などガス条件が定常運転時と大きく異なる場合、当該弁によって流量制御を行うことが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、上述した課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の起動時や運転開始時において燃料電池の内圧を適切に制御するコンバインド発電システム、発電システムの運転方法、及び制御装置を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料ガスと酸化剤ガスとで発電する燃料電池と、前記燃料ガスが燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料ラインと、前記燃料ガスが前記燃料電池から外部に排出される排燃料ラインと、前記排燃料ラインから前記燃料ガスを前記燃料ラインへ再循環させる再循環ラインと、前記排燃料ラインを通る燃料ガスの流量を調整することで前記燃料電池の燃料側の圧力を制御する運転圧力制御弁と、前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように、前記排燃料ラインから外部に排出する燃料ガスの流量を制御する排出流量制御弁と、前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように制御する差圧制御手段と、弁の動作を制御する制御装置と、前記排燃料ラインから排出された燃料ガスを燃焼させて駆動するタービンとを備え、前記制御装置は、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力または前記設定差圧を再設定することを特徴とするコンバインド発電システムである。

また、本発明において前記制御装置は、前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように前記排出流量制御弁の開度を制御し、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力を再設定することを特徴とする。

また、本発明において前記制御装置は、前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように前記差圧制御手段を制御し、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定差圧を再設定することを特徴とする。

また、本発明は、前記再循環ラインを通る燃料ガスの流量を調整する再循環流量制御弁を備え、前記制御装置は、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲内になるように前記排出流量制御弁の開度または前記差圧制御手段を制御することを特徴とする。

また、本発明において前記制御装置は、前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように前記排出流量制御弁の開度を制御し、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力を再設定することを特徴とする。

また、本発明において前記制御装置は、前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように前記差圧制御手段を制御し、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定差圧を再設定することを特徴とする。

また、本発明は、前記排出流量制御弁として前記排燃料ラインから前記タービンに供給する燃料ガスの流量を制御する排燃料供給弁と、前記排燃料ラインから排出系統に供給する燃料ガスの流量を制御する排気弁とを備えることを特徴とする。

また、本発明において前記制御装置は、前記燃料電池による発電を開始したときに、前記排燃料供給弁を閉じ、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排気弁の開度制御を開始し、前記燃料電池が定格運転に至ったときに、前記排気弁の開度を固定し、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排燃料供給弁の開度制御を開始することを特徴とする。

また、本発明において前記制御装置は、前記燃料電池が定格運転に至るまでは、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲内になるように前記排気弁の開度を制御し、前記燃料電池が定格運転に至った以降は、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲内になるように前記差圧制御手段を制御することを特徴とする。

また、本発明は、前記排出流量制御弁として前記排燃料ラインから前記タービンに供給する燃料ガスの流量を制御する排燃料供給弁と、前記排燃料ラインから排出系統に供給する燃料ガスの流量を制御する排気弁とを備え、前記制御装置は、前記燃料電池による発電を開始したときに、前記排燃料供給弁を閉じ、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排気弁の開度制御を開始し、前記燃料電池が定格運転に至るまでは、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲内になるように前記差圧制御手段を制御し、前記燃料電池が定格運転に至ったときに、前記排気弁の開度を固定し、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排燃料供給弁の開度制御を開始し、前記燃料電池が定格運転に至った以降は、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲内になるように前記排燃料供給弁の開度を制御することを特徴とする。

また、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとで発電する燃料電池と、前記燃料ガスが燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料ラインと、前記燃料ガスが前記燃料電池から外部に排出される排燃料ラインと、前記排燃料ラインから前記燃料ガスを前記燃料ラインへ再循環させる再循環ラインと、前記排燃料ラインを通る燃料ガスの流量を調整することで前記燃料電池の燃料側の圧力を制御する運転圧力制御弁と、前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように、前記排燃料ラインから外部に排出する燃料ガスの流量を制御する排出流量制御弁と、前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように制御する差圧制御手段と、前記排燃料ラインから排出された燃料ガスを燃焼させて駆動するタービンとを備えるコンバインド発電システムの運転方法であって、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力または前記設定差圧を再設定することを特徴とする。

また、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとで発電する燃料電池と、前記燃料ガスが燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料ラインと、前記燃料ガスが前記燃料電池から外部に排出される排燃料ラインと、前記排燃料ラインから前記燃料ガスを前記燃料ラインへ再循環させる再循環ラインと、前記排燃料ラインを通る燃料ガスの流量を調整することで前記燃料電池の燃料側の圧力を制御する運転圧力制御弁と、前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように、前記排燃料ラインから外部に排出する燃料ガスの流量を制御する排出流量制御弁と、前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように制御する差圧制御手段と、前記排燃料ラインから排出された燃料ガスを燃焼させて駆動するタービンとを備えるコンバインド発電システムを制御する制御装置であって、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力または前記設定差圧を再設定することを特徴とする。

本発明によれば、制御装置は、運転圧力制御弁の開度が所定範囲内になるように排出流量制御弁の開度を制御する。つまり、本発明によれば、制御装置は、外部に排出する排燃料ガスの量を制御することで、排燃料ラインを流れる排燃料ガスの流量を、運転圧力制御弁の制御に適切な流量にする。これにより、制御装置は、起動時や運転開始時などガス条件が定常運転時と大きく異なる場合においても、運転圧力制御弁によって細かな流量制御を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係るコンバインド発電システムの系統図である。本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係るセルスタックの要部断面図である。本発明の第１の実施形態に係るカートリッジの断面図である。本発明の第１の実施形態に係るカートリッジの斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの起動方法を示す第１のフローチャートである。本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの起動方法を示す第２のフローチャートである。本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの起動時における各バルブの開度の遷移を示すタイムチャートである。本発明の第２の実施形態に係るコンバインド発電システムの系統図である。本発明の第３の実施形態に係るコンバインド発電システムの系統図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
《第１の実施形態》
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコンバインド発電システムの系統図である。
図１に示すように、本実施形態のコンバインド発電システム１は燃料電池モジュール２と、ガスタービン３とを組み合わせた発電システムである。
ガスタービン３は、空気圧縮機４と、燃焼機５と、タービン６とを主な構成要素として有している。空気圧縮機４及びタービン６のロータ７は、互いに連結されており、空気圧縮機４は外気を吸入して圧縮する。さらに、ガスタービン３には、発電機８が接続されている。

燃焼機５は、空気圧縮機４で圧縮された空気（酸化剤ガス）に燃料ガスを噴射して、高温燃焼ガスを生成する。タービン６は、燃焼機５により生成された高温燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、この回転駆動力をロータ７に伝達するものである。タービン６には、タービン６を回転駆動した後の高温燃焼ガス、即ち、排ガスが導入されるガスタービン排ガスダクト９が設けられている。ガスタービン排ガスダクト９は、排ガスを外部に導く配管である。

燃料電池モジュール２は圧力容器１０と圧力容器１０の内部に収納された複数のカートリッジ２０１とを有している。
カートリッジ２０１は、燃料ガスＦ１及び空気Ｏ１の供給を受けて発電を行うものであって、燃料電池モジュール２に少なくとも一つ設けられている。
カートリッジ２０１には、ガスタービン３から空気Ｏ１を供給する空気配管３３０と、燃料供給部２０から燃料ガスＦ１を供給する燃料配管３１０（燃料ライン）が接続されている。

燃料ガスＦ１としては、例えば、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られたガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。また、本実施形態では、燃料電池モジュール２における酸化剤ガスとして、空気圧縮機４が圧縮した空気Ｏ１を用いているが、これに限られない。例えば、酸化剤ガスとしては、酸素を１５〜３０ｖｏｌ％含むガス等を利用することができ、例えば排燃焼ガスと空気との混合ガスや、酸素と空気との混合ガスを利用してもよい。

さらに、コンバインド発電システム１には、カートリッジ２０１における発電に用いられた排空気Ｏ２を、ガスタービン３の燃焼機５に供給する排空気配管３４０と、カートリッジ２０１から排出される燃料ガス（排燃料ガスＦ２）を燃焼機５に供給する排燃料配管３２０（排燃料ライン）とが設けられている。排燃料配管３２０には、排燃料配管３２０を流れる排燃料ガスＦ２を加圧するブロワ１４（差圧制御手段）が設けられている。ここで、排燃料ガスＦ２とは、カートリッジ２０１を通過したガスであるが、カートリッジ２０１の通過時点においては、排燃料ガスＦ２に燃焼成分が残っている。

燃料配管３１０には、燃料電池モジュール２に供給する燃料ガスＦ１の流量を調整する燃料流量調整バルブ４０１が設けられている。また、燃料配管３１０からは、燃料ガスＦ１を燃焼機５に直接導入する燃料分岐配管３１１が設けられている。燃料分岐配管３１１には、燃焼機５に供給する燃料ガスの流量を調整する燃料分岐調整バルブ４０２が設けられている。

排燃料配管３２０には、排燃料ガスＦ２の一部を燃料配管３１０に再循環させる燃料再循環配管３２１（再循環ライン）が接続されている。即ち、燃料再循環配管３２１の一方の端部は排燃料配管３２０に接続され、他方の端部は燃料配管３１０に接続されている。燃料再循環配管３２１には、燃料再循環配管３２１を流れる排燃料ガスＦ２の流量を調整する再循環調整バルブ４１０（再循環流量制御弁）が設けられている。また、燃料再循環配管３２１には、燃料再循環配管３２１を流れる排燃料ガスＦ２の一部を排燃料配管３２０に戻す再循環バイパス配管３２３が接続されている。再循環バイパス配管３２３には、排燃料配管３２０と燃料再循環配管３２１の差圧（ブロワヘッド）を調整する差圧制御バルブ４０９（差圧制御手段）が設けられている。

また、排燃料配管３２０には、排燃料ガスＦ２の一部を外部に放出する配管であるベント配管３２２が接続されている。即ち、ベント配管３２２の一方の端部は排燃料配管３２０に接続され、他方の端部は外部に開放されている。ベント配管３２２には、外部に放出される排燃料ガスＦ２の流量を制御する排気バルブ４０３（排出流量制御弁、排気弁）が設けられている。

燃料配管３１０には、燃料供給部２０から燃料電池モジュール２に向かって順に、燃料分岐配管３１１との接続部、燃料流量調整バルブ４０１、燃料再循環配管３２１との接続部が設けられている。
排燃料配管３２０には、カートリッジ２０１から燃焼機５に向かって順に、運転圧力制御バルブ４０４（運転圧力制御弁）、ベント配管３２２との接続部、再循環バイパス配管３２３との接続部、ブロワ１４、燃料再循環配管３２１との接続部、排燃料バルブ４０５（排出流量制御弁、排燃料供給弁）が設けられている。運転圧力制御バルブ４０４は、排燃料配管３２０に流れる排燃料ガスＦ２の流量を調整することで、燃料電池モジュール２の燃料側の運転圧力を調整する。また、排燃料バルブ４０５は、燃焼機５に供給する排燃料ガスＦ２の流量を調整する。

空気配管３３０は、ガスタービン３の空気圧縮機４において圧縮された空気Ｏ１をカートリッジ２０１に導く配管である。空気配管３３０からは、空気Ｏ１を排空気配管３４０へ分岐する空気分岐配管３３１が設けられており、空気分岐配管３３１には、排空気配管３４０へバイパスする空気Ｏ１の流量を調整する空気分岐調整バルブ４０６が設けられている。また、空気配管３３０には、燃料電池モジュール２に供給する空気Ｏ１の流量を調整する空気流量調整バルブ４０７が設けられている。また、排空気配管３４０には、燃焼機５に供給する空気Ｏ２の流量を調整する排空気流量調整バルブ４０８が設けられている。

そして、コンバインド発電システム１は、各バルブの開度を制御する制御装置９００を備える。制御装置９００は、燃料電池モジュール２の内圧を管理し、各バルブの開度を制御する。

次に、燃料電池モジュール２の詳細構造について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す模式図である。
図２に示すように、燃料電池モジュール２は、容器中心軸Ａｖを中心として容器中心軸方向Ｄｖに延びる円筒形状の圧力容器１０と、この圧力容器１０内に配置されている複数のカートリッジ２０１を有している。

圧力容器１０は、例えば、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約５ＭＰａ、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用される。このため、この圧力容器１０は、耐圧性を考慮して、円筒形状の胴部１１と、胴部１１の中心軸方向における両端部に形成されている半球状の鏡部１２とを有している。この圧力容器１０は、全体として円筒形状を成し、その容器中心軸Ａｖが上下方向に延びるよう設置されている。また、この圧力容器１０は、耐圧性と共に、使用条件によって空気Ｏ１中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性も要求される場合は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス系材で形成しても良い。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るセルスタックの要部断面図である。
カートリッジ２０１は、複数のセルスタックの束で構成されている。図３に示すように、セル集合体であるセルスタック１０１は、円筒形状（又は管形状）の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されているインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１１２と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。セルスタック１０１は、さらに、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５のうちで、基体管１０３の軸方向において最も端に形成されている燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されているリード膜１１５を有する。

本実施形態では、この円筒形状（又は管形状）のセルスタック１０１の内周側に燃料ガスＦ１が通り、外周側に空気Ｏ１が通る。

基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ_２（ＣＳＺ）、Ｙ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ_２（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４等のいずれかで形成されている多孔質体である。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持する役目を担っている。さらに、この基体管１０３は、内周側に供給された燃料ガスＦ１を基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料電池セル１０５に拡散させる役目も担っている。

燃料極１１２は、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で形成されている。この場合、燃料極１１２は、燃料極１１２の成分であるＮｉが燃料ガスＦ１に対して触媒としても作用する。この触媒としての作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＦ１中に、例えば、メタン（ＣＨ_４）と水蒸気とが含まれている場合、これら相互を反応させ、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する作用である。

空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ_３系酸化物、又はＬａＣｏＯ_３系酸化物で形成されている。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気Ｏ１中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ^２−）を生成する。

固体電解質１１１は、例えば、主としてＹＳＺで形成されている。このＹＳＺは、ガスを通しにくい気密性と、高温下での高い酸素イオン導電性とを有している。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成された酸素イオン（Ｏ^２−）を燃料極１１２に移動させる。

前述の燃料極１１２では、固体電解質１１１との界面付近において、改質により得られた水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ^２−）とが反応し、水（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。この燃料電池セル１０５では、この反応過程で酸素イオンから電子が放出されて、発電が行われる。

インターコネクタ１０７は、例えば、ＳｒＴｉＯ_３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ_３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物で形成されている。このインターコネクタ１０７は、燃料ガスＦ１と空気Ｏ１とが混合しないように緻密な膜で、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１１２とを電気的に接続する。つまり、このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５同士を電気的に直列接続する。

リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で形成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により電気的に直列接続されている複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出する役目を担っている。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るカートリッジの断面図である。
図５は、本発明の第１の実施形態に係るカートリッジの斜視図である。
カートリッジ２０１は、図４及び図５に示すように、複数のセルスタック１０１と、複数のセルスタック１０１の束の一方の端部を覆う第一カートリッジヘッダ２２０ａと、複数のセルスタック１０１の束の他方の端部を覆う第二カートリッジヘッダ２２０ｂと、を有している。複数のセルスタック１０１は、互いに平行で且つその長手方向における互いの位置が揃って、全体として円柱形状を成している。また、第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、円柱形状を成している複数のセルスタック１０１の束の外径よりわずかに大きな外径の円筒形状を成している。このため、カートリッジ２０１は、全体として、セルスタック１０１の長手方向に長い円柱形状を成している。

第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、いずれも、複数のセルスタック１０１の束の端部が開口２２８から内部に入り込む円筒形状のケーシング２２９ａ，２２９ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの開口２２８を塞ぐ断熱体２２７ａ，２２７ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの内部空間をセルスタック１０１の長手方向で２つの空間に仕切る管板２２５ａ，２２５ｂと、を有している。管板２２５ａ，２２５ｂ等は、高温耐久性のある金属材料で形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂ及び断熱体２２７ａ，２２７ｂには、複数のセルスタック１０１の端部のそれぞれが挿通可能な貫通孔が形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂは、その貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の端部をシール部材又は接着剤２３７を介して支持する。このため、この管板２２５ａ，２２５ｂには貫通孔が形成されているものの、この管板２２５ａ，２２５ｂを基準にしてケーシング２２９ａ，２２９ｂ内の一方の空間に対する他方の空間の気密性が確保されている。断熱体２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内径は、ここに挿通されるセルスタック１０１の外径よりも大きく形成されている。つまり、断熱体２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の外周面との間には隙間２３５ａ，２３５ｂが存在する。

第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、燃料ガスＦ１が供給される燃料ガス供給室２１７を形成している。このケーシング２２９ａには、燃料配管３１０からの燃料ガスＦ１を燃料ガス供給室２１７に導くための燃料ガス供給孔２３１ａが形成されている。この燃料ガス供給室２１７内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。燃料配管３１０から燃料ガス供給室２１７に導かれた燃料ガスＦ１は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に流れ込む。この際、燃料ガスＦ１は、燃料ガス供給室２１７により、複数のセルスタック１０１の各基体管１０３に対してほぼ均等流量に配分される。このため、複数のセルスタック１０１における各発電量の均一化を図ることができる。

第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、セルスタック１０１の基体管１０３内を通過した排燃料ガスＦ２が流れ込む燃料ガス排出室２１９を形成している。このケーシング２２９ｂには、燃料ガス排出室２１９に流れ込んだ排燃料ガスＦ２を排燃料配管３２０に導くための燃料ガス排出孔２３１ｂが形成されている。この燃料ガス排出室２１９内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。複数のセルスタック１０１の各基体管１０３内を通過した排燃料ガスＦ２は、前述したように、燃料ガス排出室２１９に流入した後、排燃料配管３２０を通って、圧力容器１０外へ排出される。

第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと断熱体２２７ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、空気供給室２１６を形成している。このケーシング２２９ｂには、空気配管３３０からの空気Ｏ１を空気供給室２１６に導くための空気供給孔２３３ｂが形成されている。この空気供給室２１６内に導かれた空気Ｏ１は、断熱体２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ｂから、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５へと流出する。

第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５には、複数のセルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置されている。このため、この発電室２１５では、燃料ガスＦ１と空気Ｏ１とが電気化学的反応して、発電が行われる。なお、この発電室２１５で、セルスタック１０１の長手方向における中央部付近の温度は、燃料電池モジュール２の定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気になる。また、この発電室２１５は、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間であって、外周側が後述の内側断熱材１６で囲まれた空間である。

第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと断熱体２２７ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、発電室２１５を通った排空気Ｏ２が流入する空気排出室２１８を形成している。このケーシング２２９ａには、空気排出室２１８に流れ込んだ排空気Ｏ２を排空気配管３４０に導くための空気排出孔２３３ａが形成されている。発電室２１５中の空気Ｏ１は、断熱体２２７ａの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ａから空気排出室２１８内に流入した後、排空気配管３４０を通って、圧力容器１０外へ排空気Ｏ２として排出される。

発電室２１５の高温化に伴って、各カートリッジヘッダ２２０ａ，２２０ｂの管板２２５ａ，２２５ｂが高温化する。第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂの断熱体２２７ａ，２２７ｂは、この管板２２５ａ，２２５ｂが高温化による強度低下や空気Ｏ１中に含まれている酸化剤による腐食を抑える。さらに、この断熱体２２７ａ，２２７ｂは、管板２２５ａ，２２５ｂの熱変形も抑える。

前述したように、発電室２１５中の空気Ｏ１と、この発電室２１５に配置されている複数のセルスタック１０１の内側を通る燃料ガスＦ１とは、セルスタック１０１における複数の燃料電池セル１０５で電気化学反応する。この結果、複数の燃料電池セル１０５で発電が行われる。

複数の燃料電池セル１０５での発電で得られた直流電流は、複数の燃料電池セル１０５相互間に設けられているインターコネクタ１０７を経て、セルスタック１０１の端部側へ流れ、このセルスタック１０１のリード膜１１５に流れ込む。そして、この直流電流は、リード膜１１５から、集電板（不図示）を介して、カートリッジ２０１の集電棒（不図示）に流れ、カートリッジ２０１外部へ取り出される。複数の集電棒は、互いに直列及び／又は並列接続されている。集電棒のうち、最も下流側の集電棒は、例えば、図示されていないインバータに接続されている。カートリッジ２０１外部に取り出された直流電流は、直列及び／又は並列接続されている複数の集電棒を経て、例えば、インバータに流れ、ここで交流電流に変換されて、電力負荷へと供給される。

セルスタック１０１の内周側を流れる燃料ガスＦ１とセルスタック１０１の外周側を流れる空気Ｏ１とは、このセルスタック１０１を介して熱交換する。この結果、燃料ガスＦ１は、空気Ｏ１により加熱され、空気Ｏ１は、逆に燃料ガスＦ１により冷却される。本実施形態では、これら燃料ガスＦ１と空気Ｏ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる。このため、燃料ガスＦ１と空気Ｏ１との熱交換率が高まり、燃料ガスＦ１による空気Ｏ１の冷却効率、及び空気Ｏ１による燃料ガスＦ１の加熱効率が高まる。よって、本実施形態において、空気Ｏ１は、第一カートリッジヘッダ２２０ａを形成する管板２２５ａ等が座屈変形等しない温度に冷却されてから、この第一カートリッジヘッダ２２０ａの空気排出室２１８に流れ込む。また、本実施形態において、燃料ガスＦ１は、発電室２１５内のセルスタック１０１内で、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温される。

なお、本実施形態では、燃料ガスＦ１と空気Ｏ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる、つまり燃料ガスＦ１と空気Ｏ１とが逆向きに流れるが、必ずしもこの必要はなく、例えば、燃料ガスＦ１と空気Ｏ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側で同じ向きに流れてもよいし、空気Ｏ１が燃料ガスＦ１の流れに対して直交する方向に流れてもよい。

円柱形状の複数のカートリッジ２０１は、図２に示すように、いずれも、カートリッジ中心軸Ａｃが圧力容器１０の容器中心軸Ａｖと平行になるよう、圧力容器１０内に配置されている。つまり、本実施形態では、カートリッジ中心軸Ａｃは、容器中心軸Ａｖと同様、上下方向に延びている。

なお、カートリッジ２０１の構成は上記したものに限らず、カートリッジを圧力容器の中心軸と直交する方向に延びるように配置してもよい。また、カートリッジは円柱形状に限らず、角柱形状としてもよい。

次に、上記の構成からなるコンバインド発電システム１の動作について説明する。
まず、起動時におけるコンバインド発電システム１の動作について説明する。
コンバインド発電システム１の起動は、まずガスタービン３のみを起動させ、燃料電池モジュール２の内圧がガスタービン３の運転圧力に達したときに、燃料電池モジュール２を起動させることで行う。このとき、燃料電池モジュール２が定常運転に至るまでは、排燃料バルブ４０５は全閉とし、排気バルブ４０３の制御により燃料電池モジュール２の内圧を制御する。

なお、燃料電池モジュール２の起動前には、各バルブは以下に示すような制御がなされている。燃料流量調整バルブ４０１は、燃料電池モジュール２の空気側と燃料側との差圧が所定の値になるように開度制御がされている。燃料分岐調整バルブ４０２は、燃焼機５の稼動に必要な流量だけ燃料ガスＦ１が供給されるように開度制御がされている。排気バルブ４０３、運転圧力制御バルブ４０４、差圧制御バルブ４０９及び再循環調整バルブ４１０は、所定開度で開度が固定されている。排燃料バルブ４０５及び空気分岐調整バルブ４０６は、全閉となっている。空気流量調整バルブ４０７及び排空気流量調整バルブ４０８は、全開となっている。また、燃料電池モジュール２の起動前には、ブロワ１４は規定回転数で運転している。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの起動方法を示す第１のフローチャートである。
図７は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの起動方法を示す第２のフローチャートである。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールの起動時における各バルブの開度の遷移を示すタイムチャートである。

ガスタービン３が定常運転に至り、燃料電池モジュール２を起動させると、制御装置９００は、ブロワ１４の回転数及び差圧制御バルブ４０９の開度を、排燃料配管３２０と燃料再循環配管３２１の差圧（ブロワヘッド）が所定の設定差圧になるようにする制御を開始する（ステップＳ１）。なお、制御している機器は、バルブ４０９とブロワ１４の回転数である。ブロワの回転数は動力がモータの場合は、インバータで調整することができる。

なお、本実施形態では、ブロワ１４と差圧制御バルブ４０９のそれぞれによってブロワヘッドの制御を行うため、制御の干渉を防止する必要がある。制御の干渉を防止する方法としては、制御範囲を異ならせる方法が挙げられる。具体的には、再循環バイパス配管３２３の圧力または流量が差圧制御バルブ４０９の制御範囲内である場合は差圧制御バルブ４０９によってブロワヘッドの制御を行い、差圧制御バルブ４０９の制御範囲を超える場合はブロワ１４によってブロワヘッドの制御を行う方法が挙げられる。
また、このほかブロワ１４と差圧制御バルブ４０９の制御周期を異ならせることで制御の干渉を防止しても良い。

次に、制御装置９００は、燃料再循環配管３２１の流量が一定になるよう、再循環制御バルブ４１０の開度制御を開始する（ステップＳ２）。次に、制御装置９００は、燃料流量調整バルブ４０１の開度制御を、差圧を一定にする制御から、燃料ガスＦ１の流量を一定にする制御に変更する（ステップＳ３）。次に、制御装置９００は、排燃料配管３２０のブロワ１４の吸い込み側の圧力が所定の設定圧力になるよう、排気バルブ４０３の開度制御を開始する（ステップＳ４）。次に、制御装置９００は、燃料電池モジュール２の空気側と燃料側との差圧が所定の値になるよう、燃料流量調整バルブ４０１の開度制御を開始する（ステップＳ５）。

次に、制御装置９００は、燃料電池モジュール２が定常動作に至ったか否かを判定する（ステップＳ６）。燃料電池モジュール２が定常動作に至っていないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、制御装置９００は、運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲内（例えば、３０％〜７０％）であるか否かを判定する（ステップＳ７）。

運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲の下限値未満になっている場合（ステップＳ７：下限値未満）、制御装置９００は、排気バルブ４０３の設定圧力を所定値だけ増加させる（ステップＳ８）。他方、運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲の上限値を超えている場合（ステップＳ７：上限値超）、制御装置９００は、排気バルブ４０３の設定圧力を所定値だけ減少させる（ステップＳ９）。

ステップＳ８、Ｓ９により排気バルブ４０３の設定圧力を変更した場合、または運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲内である場合（ステップＳ７：規定範囲内）、制御装置９００は、再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲内（例えば、３０％〜７０％）であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲の下限値未満になっている場合（ステップＳ１０：下限値未満）、制御装置９００は、ブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の設定差圧を所定値だけ減少させる（ステップＳ１１）。他方、再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲の上限値を超えている場合（ステップＳ１０：上限値超）、制御装置９００は、ブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の設定差圧を所定値だけ増加させる（ステップＳ１２）。

そして、ステップＳ１１、Ｓ１２により排気バルブ４０３の設定圧力を変更した場合、または再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲内である場合（ステップＳ１０：規定範囲内）、ステップＳ６に戻り、燃料電池モジュール２が定常動作に至ったか否かを判定する。なお、この間にもステップＳ１〜Ｓ５で開始した各バルブの開度制御は継続して実行される。

他方、ステップＳ６において燃料電池モジュール２が定常動作に至ったと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御装置９００は、排気バルブ４０３の開度を固定する（ステップＳ１３）。次に、制御装置９００は、排燃料配管３２０のブロワ１４吐出側の圧力が所定の設定圧力になるよう、排燃料バルブ４０５の開度制御を開始する（ステップＳ１４）。なお、排燃料バルブ４０５の開度制御に用いる設定圧力は、ステップＳ４で設定し、ステップＳ８、Ｓ９で変更なされた設定圧力にブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の設定差圧を足したものである。

次に、制御装置９００は、排気バルブ４０３の開度を徐々に下げる（ステップＳ１５）。これにより、排燃料配管３２０の圧力が徐々に高まるため、ステップＳ１４で開度の制御を開始した排燃料バルブ４０５の開度は徐々に大きくなる。

次に、制御装置９００は、排気バルブ４０３が全閉されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。排気バルブ４０３が全閉となっていないと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御装置９００は、運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲の下限値未満になっている場合（ステップＳ１７：下限値未満）、制御装置９００は、ブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の設定差圧を所定値だけ減少させる（ステップＳ１８）。他方、再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲の上限値を超えている場合（ステップＳ１７：上限値超）、制御装置９００は、ブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の設定差圧を所定値だけ増加させる（ステップＳ１９）。

ステップＳ１８、Ｓ１９によりブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の設定差圧を変更した場合、または運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲内である場合（ステップＳ１７：規定範囲内）、制御装置９００は、再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲内（例えば、３０％〜７０％）であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。

再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲の下限値未満になっている場合（ステップＳ２０：下限値未満）、制御装置９００は、排燃料バルブ４０５の設定圧力を所定値だけ減少させる（ステップＳ２１）。他方、運転圧力制御バルブ４０４の開度が規定範囲の上限値を超えている場合（ステップＳ２０：上限値超）、制御装置９００は、排燃料バルブ４０５の設定圧力を所定値だけ増加させる（ステップＳ２２）。

そして、ステップＳ２１、Ｓ２２により排燃料バルブ４０５の設定圧力を変更した場合、または再循環制御バルブ４１０の開度が規定範囲内である場合（ステップＳ２０：規定範囲内）、ステップＳ１６に戻り、排気バルブ４０３が全閉になったか否かを判定する。なお、この間にもステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ１４、Ｓ１５で開始した各バルブの開度制御は継続して実行される。

他方、ステップＳ１６において排気バルブ４０３が全閉となったと判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御装置９００は、再循環調整バルブ４１０の開度を固定し、排燃料バルブ４０５の制御対象を排燃料配管３２０のブロワ１４吐出側の圧力から再循環流量制御とし（ステップＳ２３）、燃料電池モジュールの起動処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、制御装置９００は、運転圧力制御バルブ４０４の開度が制御範囲内に収まるように、排燃料バルブ４０５の開度の調整、またはブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の開度の調整を行う。これにより、燃料電池モジュール２の起動時において排燃料配管３２０を通過するガスのガス条件を、運転圧力制御バルブ４０４の制御範囲に納めることができる。

また、本実施形態によれば、制御装置９００は、再循環調整バルブ４１０の開度が制御範囲内に収まるように、排気バルブ４０３の開度の調整、またはブロワ１４及び差圧制御バルブ４０９の開度の調整を行う。これにより、燃料電池モジュール２の起動時において燃料再循環配管３２１を通過するガスのガス条件を、再循環調整バルブ４１０の制御範囲に納めることができる。

また、本実施形態によれば、制御装置９００は、燃料電池モジュール２が定格運転に至るまでは、排気バルブ４０３の開度により燃料電池モジュール２の内圧を制御し、燃料電池モジュール２が定格運転に至った以降は、排燃料バルブ４０５の開度により燃料電池モジュール２の内圧を制御する。これにより、燃料電池モジュール２の内圧を保ったまま、排燃料ガスＦ２の燃焼機５への供給を開始することができる。

また、本実施形態では、燃料流量調整バルブ４０１が流量を一定にする制御に切り替わった後（ステップＳ３）の動作として、排気バルブ４０３の開度制御を開始してから（ステップＳ４）運転圧力制御バルブ４０４の開度の制御を開始する（ステップＳ５）場合について説明したが、これに限られない。例えば、ステップＳ４とステップＳ５の実行順序を逆にしても良い。

《第２の実施形態》
図９は、本発明の第２の実施形態に係るコンバインド発電システムの系統図である。
第２の実施形態に係るコンバインド発電システム１は、第１の実施形態に係るコンバインド発電システム１の差圧制御バルブ４０９に代えて圧損体４１１を設けたものである。
したがって、第１の実施形態では、ステップＳ１において、ブロワヘッドが設定差圧になるように、ブロワ１４と差圧制御バルブ４０９とを制御していたところ、第２の実施形態では、ブロワ１４のみによりブロワヘッドを制御する。

このように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態から制御すべきバルブの数を１つ減らすことができる。

《第３の実施形態》
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るコンバインド発電システムの系統図である。
第３の実施形態に係るコンバインド発電システム１は、第２の実施形態に係るコンバインド発電システム１から再循環制御バルブ４１０を除外したものである。

したがって、第１、第２の実施形態では、燃料電池モジュール２が定常動作に至るまでは、ステップＳ２において、燃料再循環配管３２１の流量を再循環調整バルブ４１０によって制御していたところ、第３の実施形態では、燃料再循環配管３２１の流量制御を行わない。
また、燃料電池モジュール２が定常動作に至った以降は、第１、第２の実施形態と同様に、ステップＳ２３において排燃料バルブ４０５によって燃料再循環配管３２１の流量を制御する。

このように、第２の実施形態によれば、第２の実施形態から制御すべきバルブの数をさらにもう１つ減らすことができる。

なお、本実施形態では、燃料電池モジュール２が定常動作に至るまで燃料再循環配管３２１の流量制御を行わない場合について説明したが、これに限られず、ブロワ１４がブロワヘッドを調整することで、燃料再循環配管３２１の流量制御を行うものとしても良い。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

なお、上述の制御装置９００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１…コンバインド発電システム２…燃料電池モジュール３…ガスタービン３１０…燃料配管３２０…排燃料配管３２１…燃料再循環配管３２２…ベント配管３２３…再循環バイパス配管４０３…排気バルブ４０４…運転圧力制御バルブ４０５…排燃料バルブ４０９…差圧調整バルブ４１０…再循環調整バルブ

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとで発電する燃料電池と、
前記燃料ガスが燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料ラインと、
前記燃料ガスが前記燃料電池から外部に排出される排燃料ラインと、
前記排燃料ラインから前記燃料ガスを前記燃料ラインへ再循環させる再循環ラインと、
前記排燃料ラインを通る燃料ガスの流量を調整することで前記燃料電池の燃料側の圧力を制御する運転圧力制御弁と、
前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように、前記排燃料ラインから外部に排出する燃料ガスの流量を制御する排出流量制御弁と、
前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように制御する差圧制御手段と、
弁の動作を制御する制御装置と、
前記排燃料ラインから排出された燃料ガスを燃焼させて駆動するタービンと
を備え、
前記制御装置は、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力または前記設定差圧を再設定する
ことを特徴とするコンバインド発電システム。
前記制御装置は、
前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように前記排出流量制御弁の開度を制御し、
前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力を再設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のコンバインド発電システム。
前記制御装置は、
前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように前記差圧制御手段を制御し、
前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定差圧を再設定する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンバインド発電システム。
前記再循環ラインを通る燃料ガスの流量を調整する再循環流量制御弁を備え、
前記制御装置は、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲内になるように前記排出流量制御弁の開度または前記差圧制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のコンバインド発電システム。
前記制御装置は、
前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように前記排出流量制御弁の開度を制御し、
前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力を再設定する
ことを特徴とする請求項４に記載のコンバインド発電システム。
前記制御装置は、
前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように前記差圧制御手段を制御し、
前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定差圧を再設定する
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のコンバインド発電システム。
前記排出流量制御弁として
前記排燃料ラインから前記タービンに供給する燃料ガスの流量を制御する排燃料供給弁と、
前記排燃料ラインから排出系統に供給する燃料ガスの流量を制御する排気弁と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載のコンバインド発電システム。
前記制御装置は、
前記燃料電池による発電を開始したときに、前記排燃料供給弁を閉じ、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排気弁の開度制御を開始し、
前記燃料電池が定格運転に至ったときに、前記排気弁の開度を固定し、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排燃料供給弁の開度制御を開始する
ことを特徴とする請求項７に記載のコンバインド発電システム。
前記制御装置は、
前記燃料電池が定格運転に至るまでは、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲内になるように前記排気弁の開度を制御し、
前記燃料電池が定格運転に至った以降は、前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲内になるように前記差圧制御手段を制御する
ことを特徴とする請求項８に記載のコンバインド発電システム。
前記排出流量制御弁として
前記排燃料ラインから前記タービンに供給する燃料ガスの流量を制御する排燃料供給弁と、
前記排燃料ラインから排出系統に供給する燃料ガスの流量を制御する排気弁と
を備え、
前記制御装置は、
前記燃料電池による発電を開始したときに、前記排燃料供給弁を閉じ、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排気弁の開度制御を開始し、
前記燃料電池が定格運転に至るまでは、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲内になるように前記差圧制御手段を制御し、
前記燃料電池が定格運転に至ったときに、前記排気弁の開度を固定し、前記燃料電池の内圧が一定になるように前記排燃料供給弁の開度制御を開始し、
前記燃料電池が定格運転に至った以降は、前記再循環流量制御弁の開度が所定範囲内になるように前記排燃料供給弁の開度を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載のコンバインド発電システム。
燃料ガスと酸化剤ガスとで発電する燃料電池と、
前記燃料ガスが燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料ラインと、
前記燃料ガスが前記燃料電池から外部に排出される排燃料ラインと、
前記排燃料ラインから前記燃料ガスを前記燃料ラインへ再循環させる再循環ラインと、
前記排燃料ラインを通る燃料ガスの流量を調整することで前記燃料電池の燃料側の圧力を制御する運転圧力制御弁と、
前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように、前記排燃料ラインから外部に排出する燃料ガスの流量を制御する排出流量制御弁と、
前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように制御する差圧制御手段と
前記排燃料ラインから排出された燃料ガスを燃焼させて駆動するタービンと
を備えるコンバインド発電システムの運転方法であって、
前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力または前記設定差圧を再設定する
ことを特徴とする運転方法。
燃料ガスと酸化剤ガスとで発電する燃料電池と、
前記燃料ガスが燃料供給部から前記燃料電池に供給される燃料ラインと、
前記燃料ガスが前記燃料電池から外部に排出される排燃料ラインと、
前記排燃料ラインから前記燃料ガスを前記燃料ラインへ再循環させる再循環ラインと、
前記排燃料ラインを通る燃料ガスの流量を調整することで前記燃料電池の燃料側の圧力を制御する運転圧力制御弁と、
前記排燃料ラインの圧力が所定の設定圧力になるように、前記排燃料ラインから外部に排出する燃料ガスの流量を制御する排出流量制御弁と、
前記排燃料ラインと前記再循環ラインとの差圧が所定の設定差圧になるように制御する差圧制御手段と、
前記排燃料ラインから排出された燃料ガスを燃焼させて駆動するタービンと
を備えるコンバインド発電システムを制御する制御装置であって、
前記運転圧力制御弁の開度が所定範囲外になったときに前記設定圧力または前記設定差圧を再設定する
ことを特徴とする制御装置。