JPS601766A - 燃料電池発電用タ−ボコンプレツサシステム - Google Patents
燃料電池発電用タ−ボコンプレツサシステムInfo
- Publication number
- JPS601766A JPS601766A JP58109682A JP10968283A JPS601766A JP S601766 A JPS601766 A JP S601766A JP 58109682 A JP58109682 A JP 58109682A JP 10968283 A JP10968283 A JP 10968283A JP S601766 A JPS601766 A JP S601766A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- flow rate
- turbo compressor
- fuel cell
- inlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、各種の燃料電池発電プラントに利用可能なタ
ーボコンプレッサシステムに関するものである。
ーボコンプレッ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ッサシステムが開発されている。
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ッサシステムが開発されている。
すなわち、ターボコンプレッサシステムは、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
ンプレッ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
コンプレッ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。
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
ンプレッ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
コンプレッ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。
ところが、このようなシステムには、前記タービンおよ
びターボコンプレッサに対してフライホイール的な機能
を発揮する回路あるいは機構が一切設けられていないた
め、電力需要が急激に変化して前記酸化ガス室に供給す
べきガスの流量が変動すると、前記タービンおよび前記
ターボコンプレッサがこれに敏感に反応し、その作動速
度が激しく変化するとｌ、＜う不安定さがある。なお、
かかるシステムでは、前記給気系路内のガスの一部を前
記排気系路に導くバイパス系路を設け、このバイパス系
路の途中に介設した助燃炉により該バイパス系路内を流
れるガスに熱エネルギを付加スるようにしているが、こ
れは、前記タービンを駆動するためのパワーの不足を補
うためのものであり、前述した不安定現象を防止するこ
とはできない。しかして、助燃炉により付与する熱エネ
ルギの量を高い値に設定しておくと、燃料の無駄使いに
なるだけでなく、前記燃料電池の発熱量が多い場合にタ
ービンの過回転を招くおそれがあり、逆に低い値に設定
しておくと、燃料電池の発電量が急減した場合に前記タ
ービンの作動速度が急速に低下し、該タービンが突然停
止してしまうという事態を招き易い。
びターボコンプレッサに対してフライホイール的な機能
を発揮する回路あるいは機構が一切設けられていないた
め、電力需要が急激に変化して前記酸化ガス室に供給す
べきガスの流量が変動すると、前記タービンおよび前記
ターボコンプレッサがこれに敏感に反応し、その作動速
度が激しく変化するとｌ、＜う不安定さがある。なお、
かかるシステムでは、前記給気系路内のガスの一部を前
記排気系路に導くバイパス系路を設け、このバイパス系
路の途中に介設した助燃炉により該バイパス系路内を流
れるガスに熱エネルギを付加スるようにしているが、こ
れは、前記タービンを駆動するためのパワーの不足を補
うためのものであり、前述した不安定現象を防止するこ
とはできない。しかして、助燃炉により付与する熱エネ
ルギの量を高い値に設定しておくと、燃料の無駄使いに
なるだけでなく、前記燃料電池の発熱量が多い場合にタ
ービンの過回転を招くおそれがあり、逆に低い値に設定
しておくと、燃料電池の発電量が急減した場合に前記タ
ービンの作動速度が急速に低下し、該タービンが突然停
止してしまうという事態を招き易い。
（ハ） 目的
本発明は、このような事情に着目してなされたもので、
燃料電池の負荷変動に伴って発生する酸化ガス流量の変
化により惹起されるタービン回転の不安定現象を防止す
ることができ、電力需要の急激な変化に無理なく対応す
ることができる燃料電池発電用ターボコンプレッサシス
テムを提供することを目的とする。
燃料電池の負荷変動に伴って発生する酸化ガス流量の変
化により惹起されるタービン回転の不安定現象を防止す
ることができ、電力需要の急激な変化に無理なく対応す
ることができる燃料電池発電用ターボコンプレッサシス
テムを提供することを目的とする。
（ニ）構成
本発明は、かかる目的を達成するために、前述したよう
なターボコンプレッサシステムにおいて、タービンの入
口側と出口側とを連通させるウェストゲートと、このウ
ェストゲートを流れる排気の流量を検出する流量検出手
段と、この流量検出手段の検出結果に基いて作動し前記
ウェストゲートを流れる排気の流量が設定最小流量を下
まわらないように前記タービンの入口側に付加する熱エ
ネルギの量を制御する熱量制御手段とを設けたことを特
徴とするものである。
なターボコンプレッサシステムにおいて、タービンの入
口側と出口側とを連通させるウェストゲートと、このウ
ェストゲートを流れる排気の流量を検出する流量検出手
段と、この流量検出手段の検出結果に基いて作動し前記
ウェストゲートを流れる排気の流量が設定最小流量を下
まわらないように前記タービンの入口側に付加する熱エ
ネルギの量を制御する熱量制御手段とを設けたことを特
徴とするものである。
（ホ）実施例
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図面に示すように、本発明に係るターボコンプレッサシ
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にターボコンプレッサ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。ターボコンプレッサ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
記ターボコンプレッサ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５− いる。また、前記給気系路３の前記ターボコンプレッサ
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、対を
なす流量制御弁８．９の働きによって前記給気系路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の途中に逆止弁１１
と、助燃炉１２とを順次介設している。助燃炉１２は、
燃料供給系路１３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を流通する空気に燃エネルギを付加
するようにしたものである。また、前記タービン６の入
口側と出口側とを所要の流路抵抗を有したウェストゲー
ト１４を介して連通させるとともに、このウェストゲー
ト１４に関連させて流量検出手段１５と熱量制御手段１
６とを設けている。流量検出手段１５は、前記ウェスト
ゲート１４を流れる排気の流量を検出し、その検出結果
を電気信号ａに変換して逐次出力し得るようにしたもの
で、適宜な流量センサにより構成されている。また、熱
量制御手段１６は、前記流量検出６− 手段１５の検出結果に基いて作動し前記ウェストゲート
１４を流れる排気の流量が設定最小流量を下まわらない
ように前記タービン６の入口側に付加する熱エネルギの
量を制御するためのもので、具体的には次のようになっ
ている。すなわち、この熱量制御手段１６は、前記流量
検出手段１５からの信号ａと設定器１７からの設定信号
すとを比較演算器１８により比較して実際の流量が設定
流量よりも多いか少ないかを判別し、この判別信号Ｃを
増幅器１９により増幅して弁駆動信号ｄとなし、この弁
駆動信号ｄにより前記燃料供給系路１３に介設した燃料
調整弁２１を開閉作動させ得るように構成したものであ
る。
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にターボコンプレッサ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。ターボコンプレッサ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
記ターボコンプレッサ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５− いる。また、前記給気系路３の前記ターボコンプレッサ
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、対を
なす流量制御弁８．９の働きによって前記給気系路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の途中に逆止弁１１
と、助燃炉１２とを順次介設している。助燃炉１２は、
燃料供給系路１３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を流通する空気に燃エネルギを付加
するようにしたものである。また、前記タービン６の入
口側と出口側とを所要の流路抵抗を有したウェストゲー
ト１４を介して連通させるとともに、このウェストゲー
ト１４に関連させて流量検出手段１５と熱量制御手段１
６とを設けている。流量検出手段１５は、前記ウェスト
ゲート１４を流れる排気の流量を検出し、その検出結果
を電気信号ａに変換して逐次出力し得るようにしたもの
で、適宜な流量センサにより構成されている。また、熱
量制御手段１６は、前記流量検出６− 手段１５の検出結果に基いて作動し前記ウェストゲート
１４を流れる排気の流量が設定最小流量を下まわらない
ように前記タービン６の入口側に付加する熱エネルギの
量を制御するためのもので、具体的には次のようになっ
ている。すなわち、この熱量制御手段１６は、前記流量
検出手段１５からの信号ａと設定器１７からの設定信号
すとを比較演算器１８により比較して実際の流量が設定
流量よりも多いか少ないかを判別し、この判別信号Ｃを
増幅器１９により増幅して弁駆動信号ｄとなし、この弁
駆動信号ｄにより前記燃料供給系路１３に介設した燃料
調整弁２１を開閉作動させ得るように構成したものであ
る。
このような構成のものであれば、従来のものと同様に燃
料電池１からの排熱や助燃炉１２で付加される熱のエネ
ルギによってタービン６が作動し、ターボコンプレッサ
４が駆動される。それによって、給気系路３を流通する
空気が所要圧力にまで圧縮され、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、前記タービン６の入口側と出口側
とをウェストゲート１４を介して連通させ、このウェス
トゲート１４に常に設定最小流量以上の排気を流すよう
にしている。すなわち、発電量が多くなり燃料電池１内
で発生する熱量が増大してくると、前記ウェストゲート
１４を流れる排気の量が増大傾向を示すため、熱量制御
手段１６の働きによって助燃炉１２への燃料の供給が抑
制され該助燃炉１２から排気に付加される熱エネルギの
量が適切に減少させられる。一方、燃料電池１の発電量
が少なくなって（ると、前記ウェストゲート１４を流れ
る排気の量が減少傾向を示すため、熱量制御手段１６の
働きによって助燃炉１２への燃料の供給が増加方向に調
整され、前記ウェストゲート１４を流れる排気の量が設
定最小流量を下まわらないように制御される。したがっ
て、このようなものであれば、電力需要が急激に変化し
ても、タービン６の作動速度が過激に変動することがな
く、安定した運転を続けることができる。特に、ウェス
トゲート１４を通して常に排熱の一部を廃棄するように
してタービン６の駆動系に余裕を持たせているので、燃
量電池１の発電量が急減しても、流量不足によりタービ
ン６の回転が極度に不安定になったり、突然の停止を招
くという不都合が生じない。
料電池１からの排熱や助燃炉１２で付加される熱のエネ
ルギによってタービン６が作動し、ターボコンプレッサ
４が駆動される。それによって、給気系路３を流通する
空気が所要圧力にまで圧縮され、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、前記タービン６の入口側と出口側
とをウェストゲート１４を介して連通させ、このウェス
トゲート１４に常に設定最小流量以上の排気を流すよう
にしている。すなわち、発電量が多くなり燃料電池１内
で発生する熱量が増大してくると、前記ウェストゲート
１４を流れる排気の量が増大傾向を示すため、熱量制御
手段１６の働きによって助燃炉１２への燃料の供給が抑
制され該助燃炉１２から排気に付加される熱エネルギの
量が適切に減少させられる。一方、燃料電池１の発電量
が少なくなって（ると、前記ウェストゲート１４を流れ
る排気の量が減少傾向を示すため、熱量制御手段１６の
働きによって助燃炉１２への燃料の供給が増加方向に調
整され、前記ウェストゲート１４を流れる排気の量が設
定最小流量を下まわらないように制御される。したがっ
て、このようなものであれば、電力需要が急激に変化し
ても、タービン６の作動速度が過激に変動することがな
く、安定した運転を続けることができる。特に、ウェス
トゲート１４を通して常に排熱の一部を廃棄するように
してタービン６の駆動系に余裕を持たせているので、燃
量電池１の発電量が急減しても、流量不足によりタービ
ン６の回転が極度に不安定になったり、突然の停止を招
くという不都合が生じない。
なお、流量検出手段は前記実施例のものに限らず、例え
ば、流速を検出して間接的に流量を検知し得るようにし
たものであってもよい。
ば、流速を検出して間接的に流量を検知し得るようにし
たものであってもよい。
また、流量検出手段および熱量制御手段は電気式のもの
に限られないのも勿論であり、例えば前記ウェストゲー
トの流量を差圧の大小に変換する流量検出手段と、その
差圧によって燃料調整弁を直接に開閉制御し得るように
構成した熱量制御手段とを組み合せる等、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
に限られないのも勿論であり、例えば前記ウェストゲー
トの流量を差圧の大小に変換する流量検出手段と、その
差圧によって燃料調整弁を直接に開閉制御し得るように
構成した熱量制御手段とを組み合せる等、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
本発明は、以上のような構成であるから、燃料電池の負
荷変動に伴って発生する酸化ガス流量の変化により惹起
されるタービン回転の不安定現象を有効に防止すること
ができ、電力需要の急激な変化に無理なく対応すること
ができる燃料電池９− 発電用ターボコンプレッサシステムを提供できるもので
ある。
荷変動に伴って発生する酸化ガス流量の変化により惹起
されるタービン回転の不安定現象を有効に防止すること
ができ、電力需要の急激な変化に無理なく対応すること
ができる燃料電池９− 発電用ターボコンプレッサシステムを提供できるもので
ある。
図面は本発明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・・・ターボコンプレッサ５・・・排気系路 ６
・・・タービン １４・・・ウェストゲート １５・・・流量検出手段 １６・・・熱量制御手段 代理人 弁理士 赤澤−博 １０− 第１頁の続き ０発 明 者 安藤昌尚 京都市中京区西ノ京桑原町１番 地株式会社島津製作所三条工場 内 ０発 明 者 猪坂弘 京都市中京区西ノ京桑原町１番 地株式会社島津製作所三条工場
路 ４・・・ターボコンプレッサ５・・・排気系路 ６
・・・タービン １４・・・ウェストゲート １５・・・流量検出手段 １６・・・熱量制御手段 代理人 弁理士 赤澤−博 １０− 第１頁の続き ０発 明 者 安藤昌尚 京都市中京区西ノ京桑原町１番 地株式会社島津製作所三条工場 内 ０発 明 者 猪坂弘 京都市中京区西ノ京桑原町１番 地株式会社島津製作所三条工場
Claims (1)
- 燃料電池の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ッ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ッ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
た燃料電池発電用のターボコンプレッサシステムにおい
て、前記タービンの入口側と出口側とを連通させるウェ
ストゲートと、このウェストゲートを流れる排気の流量
を検出する流量検出手段と、この流量検出手段の検出結
果に基いて作動し前記ウェストゲートを流れる排気の流
量が設定最小流量を下まわらないように前記タービンの
入口側に付加する熱エネルギの量を制御する熱量制御手
段とを設けたことを特徴とする燃料電池発電用ターボコ
ンプレッサシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58109682A JPS601766A (ja) | 1983-06-18 | 1983-06-18 | 燃料電池発電用タ−ボコンプレツサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58109682A JPS601766A (ja) | 1983-06-18 | 1983-06-18 | 燃料電池発電用タ−ボコンプレツサシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS601766A true JPS601766A (ja) | 1985-01-07 |
Family
ID=14516508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58109682A Pending JPS601766A (ja) | 1983-06-18 | 1983-06-18 | 燃料電池発電用タ−ボコンプレツサシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601766A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5645246A (en) * | 1993-07-31 | 1997-07-08 | Teijin Seiki Co., Ltd. | Bobbin holder |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5918577A (ja) * | 1982-07-23 | 1984-01-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電プラント |
-
1983
- 1983-06-18 JP JP58109682A patent/JPS601766A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5918577A (ja) * | 1982-07-23 | 1984-01-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池発電プラント |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5645246A (en) * | 1993-07-31 | 1997-07-08 | Teijin Seiki Co., Ltd. | Bobbin holder |
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