JPH0339885Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本考案は、各種の燃料電池発電プラントに利用
可能なターボコンプレツサシステムに関するもの
である。

(ロ) 従来技術 燃料電池発電プラントにおいては、燃料電池の
酸化ガス室に空気あるいは酸素等の酸化ガスを逐
次所要の圧力に保持しつつ供給する必要がありそ
の加圧システムの一つとしてターボコンプレツサ
システムが開発されている。すなわち、ターボコ
ンプレツサシステムは、前記酸化ガス室の入口に
接続した給気系路に給気圧縮用のターボコンプレ
ツサを介設するとともに、前記酸化ガス室の出口
に接続した排気系路に排気に付勢されて作動する
可変ノズル形のタービンを介設し、このタービン
で前記ターボコンプレツサを前記酸化ガス室に供
給する給気の圧力が略一定になるように駆動する
ようにしたもので、前記燃料電池の排熱を有効に
利用できるところから、省エネルギ効果に優れた
システムとして注目されている。

ところで、このようなシステムでは、前記ター
ボコンプレツサの吐出圧を一定に保つことが要求
されるため、始動時や燃料電池の負荷が極めて小
さい場合には、該コンプレツサーがサージングを
起こし易いという不都合がある。すなわち、この
種システムの始動方式としては、例えば、前記タ
ービンの入口側に一時的に高圧の始動ガスを吹込
んで該タービンを強制的に作動させるようにした
ものが考えられるが、かかる方式の場合、始動時
におけるターボコンプレツサ側の流量が非常に少
ないものになる。そのため、設定された吐出圧力
が比較的高い場合には、該ターボコンプレツサの
運転条件が、第１図に斜線で示すサージング発生
領域Ａに簡単に入つてしまうことになり、正常な
給気圧縮作用を営ませることが困難になるという
不都合がある。

(ハ) 目的 本考案は、このような事情に着目してなされた
もので、主として始動時におけるサージングの発
生を簡単な構成により確実に防止して円滑な運転
を保証することができるようにした燃料電池発電
用ターボコンプレツサシステムを提供することを
目的とする。

(ニ) 構成 本考案は、かかる目的を達成するために、高圧
の始動ガスをタービンの入口側に供給して始動を
行なうようにしたシステムにおいて、ターボコン
プレツサの出口側に接続した給気放出用のリリー
フ系路と、前記始動ガスが前記リリーフ系路に流
入するのを阻止する逆止弁と、常時は前記リリー
フ系路を閉路させておき、ターボコンプレツサの
運転条件がサージング発生領域に入つた場合にだ
け前記リリーフ系路を開成させて前記ターボコン
プレツサから吐出される給気の一部を大気中に放
出させる給気放出弁とを設けたことを特徴とする
ものである。

(ホ) 実施例 以下、本考案の一実施例を第２図を参照して説
明する。

第２図に示すように、本考案に係るターボコン
プレツサシステムは、燃料電池１の酸化ガス室２
の入口２ａに接続した給気系路３にターボコンプ
レツサ４を介設するとともに、前記酸化ガス室２
の出口２ｂに接続した排気系路５にタービン６を
介設している。ターボコンプレツサ４は、前記給
気系路３内を流通する給気、たとえば、空気を圧
縮するためのもので、前記タービン６に直結され
ている。また、タービン６は、前記排気系路５内
を流通する排気に付勢されて作動する可変ノズル
形のもので、前記ターボコンプレツサ４を、前記
酸化ガス室２に供給する空気の圧力が所要値に保
たれるような速度で駆動し得るように構成されて
いる。また、前記給気系路３の前記ターボコンプ
レツサ４よりも下流部分と、前記排気系路５のタ
ービン６よりも上流部分とをバイパス系路７を介
して連通させ、前記給気系路３内の空気の一部を
該バイパス系路７に分流させるようにしている。
そして、このバイパス系路７の途中にバイパスバ
ルブ８と、助燃炉９とを順次介設している。助燃
炉９は、燃料供給系路１１から逐次供給される燃
料を燃焼させて前記バイパス系路７を流通する空
気に熱エネルギを付加するようにしたもので、前
記燃料供給系路１１には、燃料の供給量を調節す
るための燃料制御弁１２が介設してある。また、
前記バイパス系路７の前記バイパスバルブ８より
も上流部分に始動ガス供給系路１３を接続してい
る。始動ガス供給系路１３は、始動時に高圧の空
気を前記バイパス系路７に供給するためのもので
その始端は高圧空気源１４に接続されている。ま
た、前記給気系路３における前記ターボコンプレ
ツサ４の出口側にリリーフ系路１５を接続すると
ともに、このリリーフ系路１５の始端部と前記バ
イパス系路８の始端部との間に逆止弁１６を介設
している。リリーフ系路１５は、前記給気系路３
内の空気の一部を大気中へ放出するためのもので
あり、また、逆止弁１６は前記始動ガス供給系路
１３からの高圧の空気が前記リリーフ系路１５に
流入するのを阻止するためのものである。そして
前記リリーフ系路１５に給気放出弁１７を設けて
いる。給気放出弁１７は、常時は前記リリーフ系
路１５を閉路させておき、前記ターボコンプレツ
サ４の運転条件が前述したサージング発生領域Ａ
に入つた場合にだけ前記リリーフ系路１５を開成
させて給気の一部を大気中に放出させるもので、
具体的には、前記ターボコンプレツサ４の入口側
の流速を検出する流速計１８からの信号ａと、該
ターボコンプレツサ４の回転速度を検出する回転
計１９からの信号ｂとに基いてその開度を適切に
調整し得るように構成されている。

このような構成のものであれば、燃料電池１や
助燃炉９等で加熱され高温（約250〜300℃）にな
つた高圧の空気がタービン６に供給されて該ター
ビン６が作動し、ターボコンプレツサ４が駆動さ
れる。それによつて給気系路３を流通する空気が
例えば、1ataから5ataまで圧縮され、逐次前記燃
料電池１の酸化ガス室２に供給されて発電が行な
われる。ところで、このシステムでは、始動時や
小負荷運転時に前記燃料電池１への空気流量が減
少するが、前記ターボコンプレツサ４の圧縮比は
一定に保持する必要がある。そのため、空気流量
の少ない運転領域ではバイパスバルブ８を開いて
ターボコンプレツサ４の流量を確保しサージング
を抑制するようにしている。しかしながら、始動
時などには、前記ターボコンプレツサ４の流量が
極端に少なくなることがあり、この場合には前記
バイパスバルブ８だけではサージングを避けるこ
とはできない。このようにして、前記ターボコン
プレツサ４の運転条件が第１図に示すサージング
発生領域Ａに入つてしまつた場合には、それを感
知して給気放出弁１７が適度に開成する。その結
果、前記ターボコンプレツサ４から吐出される空
気の一部がリリーフ系路１５を通して大気中に放
出されることになる。そのため、該コンプレツサ
４を通過する空気の流量が増大し、該コンプレツ
サ４の運転条件がサージラインｌよりも右側の正
常運転領域Ｂへ戻される。したがつて、サージン
グの発生が有効に防止されるものである。なお、
始動初期には逆止弁１６が閉じて始動用の高圧空
気が前記リリーフ系路１５へ流入するのを阻止す
るが、ターボコンプレツサ４の吐出圧が所定値に
達すると該逆止弁１６が開成してそのまま定常運
転に移行するものである。

なお、前記実施例では、ターボコンプレツサの
回転速度と給気系路内の流速とを計測して給気放
出弁を開閉させるようにした場合について説明し
たが、本考案はかならずしもこのようなものに限
らず、例えば、前記回転速度と給気系路内の流量
とを計測して給気放出弁を開閉させるようにして
もよい。

本考案は、以上のような構成であるから、始動
時等におけるサージングの発生を簡単な構成によ
り確実に防止して円滑な運転を保証することがで
きる燃料電池発電用ターボコンプレツサシステム
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はターボコンプレツサの特性を示す特性
説明図、第２図は本考案の一実施例を示すシステ
ム説明図である。 １……燃料電池、２……酸化ガス室、３……給
気系路、４……ターボコンプレツサ、５……排気
系路、６……タービン、１３……始動ガス供給系
路、１５……リリーフ系路、１６……逆止弁、１
７……給気放出弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料電池の酸化ガス室の入口に接続され途中に
   給気圧縮用のターボコンプレツサを有してなる給
   気系路と、前記酸化ガス室の出口に接続され途中
   に前記ターボコンプレツサを駆動するためのター
   ビンを有してなる排気系路と、始動時に前記ター
   ビンの入口側に高圧のガスを供給するための始動
   ガス供給系路と、前記ターボコンプレツサの出口
   側に接続した給気放出用のリリーフ系路と、前記
   始動ガス供給系路からの高圧のガスが前記リリー
   フ系路に流入するのを阻止する逆止弁と、常時は
   前記リリーフ系路を閉路させておき前記ターボコ
   ンプレツサの運転条件がサージング発生領域に入
   つた場合にだけ前記リリーフ系路を開成させて給
   気の一部を大気中に放出させる給気放出弁とを具
   備してなることを特徴とする燃料電池発電用ター
   ボコンプレツサシステム。