JPS6180761A - Control system of fuel cell power generation system - Google Patents

Control system of fuel cell power generation system

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JPS6180761A
JPS6180761A JP59202685A JP20268584A JPS6180761A JP S6180761 A JPS6180761 A JP S6180761A JP 59202685 A JP59202685 A JP 59202685A JP 20268584 A JP20268584 A JP 20268584A JP S6180761 A JPS6180761 A JP S6180761A
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三谷 寿
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末藤 敏一
Yoshiyuki Taguma
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Manabu Hibino
日比野 学
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Shimadzu Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To enable immediate and accurate response to load variation, by controlling constant the system backpressure and the compressor discharge pressure in a feedback control, as well as controlling burning of the auxiliary furnace and opening of nozzle of the turbine in a feedforward control depending on a program. CONSTITUTION:In an ordinary operation, the discharge pressure of the compres sor 3b is controlled constant by burning control of the auxiliary furnace 27 so as to control to minimize energy loss as far as the turbine power is not lost. On the other hand, when the system load is changed, the burning control of the auxiliary furnace 27 and opening control of nozzle 3c of the turbine 3a are feedforward-controlled depending on a preset program. In this case, at the same time, a constant exhaust gas pressure of the system is feedback- controlled by a turbine bypass valve 4. However, a temporary increase of the system exhaust gas and the compressor discharge in a transition stage are discharged to the air.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ターボ圧縮機を備えた燃料電池発電システム
の負荷制御方式に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a load control method for a fuel cell power generation system equipped with a turbo compressor.

(ロ)従来技術 燃料電池発電システムは、石油、石炭などを燃料とする
汽力発電システムに比べて高い熱効率を得ることが可能
であるうえに、環境保全性が良く、立地上の融通性を有
している。そのため、近時、宇宙開発などの特殊用途の
電源だけでなく、商用電力用電源としての使途が種々検
討されており、その実用化を1指して開発が活発化して
いる。                      
  1燃料電池発電システムは、空気極と水素極との間
に電解質層を介設してなる燃料電池と、天然ガス等の炭
化水素系燃料を改質して前記水素極に燃料となる水素ガ
スを供給する改質器と、前記空気極および前記改質器に
空気を供給する空気供給手段とを備えている。そして、
前記燃料電池の性能は、各反応ガスの圧力の増大に伴っ
て向上する傾向を示す。このため前記各反応ガスの動作
圧力は、例えば4〜6 Kg/ cta2g程度の値に
設定される。このとき、空気の圧縮には多大の動力を必
要とし、その値は電池の発生エネルギーの約20%にも
達する。一方、電池の燃料ガスを生成するための改質反
応は約800℃の高温で行なわれ、前記改質器からは高
い温度の排ガスが排出される。
(b) Conventional fuel cell power generation systems can achieve higher thermal efficiency than steam power generation systems that use oil, coal, etc. as fuel, and are also environmentally friendly and have flexibility in terms of location. are doing. Therefore, in recent years, various uses are being considered not only as power sources for special purposes such as space exploration, but also as power sources for commercial power, and development is becoming more active with the aim of putting them into practical use.
1. A fuel cell power generation system consists of a fuel cell that has an electrolyte layer interposed between an air electrode and a hydrogen electrode, and hydrogen gas that is produced by reforming a hydrocarbon fuel such as natural gas and serves as fuel for the hydrogen electrode. and an air supply means for supplying air to the air electrode and the reformer. and,
The performance of the fuel cell tends to improve as the pressure of each reaction gas increases. Therefore, the operating pressure of each of the reaction gases is set to a value of about 4 to 6 kg/cta2g, for example. At this time, compressing the air requires a large amount of power, which amounts to about 20% of the energy generated by the battery. On the other hand, the reforming reaction for producing fuel gas for the battery is carried out at a high temperature of about 800° C., and high temperature exhaust gas is discharged from the reformer.

したがって、空気を圧縮するための動力をシステムの排
ガスエネルギーに求めることができれば。
Therefore, if the power to compress the air can be found in the exhaust gas energy of the system.

システムの効率向上に大きな効果がある。This has a great effect on improving system efficiency.

このような事情から近時の燃料電池発電システムでは、
前記空気供給手段としてターボ圧縮機を採用する例が一
般化している。すなわち、ターボ圧縮機は、燃料電池の
空気極出口の余剰空気および改質器の排ガスにより駆動
されるタービンと、このタービンに直結され該タービン
に付勢されて前記燃料電池および前記改質器に必要な圧
縮空気を供給するコンプレッサとを具備してなるもので
、前記排ガス等が有しているエネルギーをタービンで回
収して空気を圧縮する仕喜に利用しシステム効率の向上
を図るものである。
Due to these circumstances, recent fuel cell power generation systems
It has become common to use a turbo compressor as the air supply means. That is, the turbo compressor includes a turbine driven by surplus air at the outlet of the air electrode of the fuel cell and exhaust gas from the reformer, and a turbine that is directly connected to the turbine and is energized by the turbine to drive the fuel cell and the reformer. It is equipped with a compressor that supplies the necessary compressed air, and the energy contained in the exhaust gas, etc. is recovered by a turbine and used to compress the air, improving system efficiency. .

ところで、このような燃料電池発電システムにおいては
、いわゆる発電システムとして幅の広い且つ迅速な負荷
応答制御が要求される。しかして、燃料電池および改質
器に供給される空気の量は例えば25〜100%の範囲
で変動制御を要求される。一方、燃料電池へ供給する空
気の圧力は燃料電池の特性維持の点から、および燃料側
の圧力との差圧を抑え両極間のガスのリークすなわちク
ロスオーバ現象を防ぐため、負荷変動時においても一定
値に保つ制御が要求される。
Incidentally, in such a fuel cell power generation system, wide and quick load response control is required as a so-called power generation system. Therefore, the amount of air supplied to the fuel cell and the reformer is required to be controlled in a range of, for example, 25 to 100%. On the other hand, the pressure of the air supplied to the fuel cell is adjusted even during load fluctuations in order to maintain the characteristics of the fuel cell and to suppress the differential pressure with the fuel side pressure to prevent gas leakage between the two electrodes, that is, the crossover phenomenon. Control to maintain a constant value is required.

この具体的な方法として、特開昭58−12268号公
報に提案されている従来の例を、第1図に示す。図にお
いて、lは燃料電池であり、1a、lb、1cはそれぞ
れ燃料電池1の空気極、燃料極および電解質部分を示す
。2は炭化水素燃村を水素リッチガスに変換するための
改質器であり、2a、2bは前記改質器2の八−す部と
反応部を示す。3はターボ圧縮機であり、3a、3bは
このターボ圧縮@3のタービン部分およびコンプレッサ
部分を示す、4.5.6はコンプレ、す吐出圧を制御す
る機構であり、4は圧力を調節するための大気開放弁、
5は圧力発信器、6は圧力コントローラを示す、7.8
.9は燃料電池へ供給する空気の量を調節する流量調節
機構であり、7は流iyAm弁、8は流量発信器、9は
流量コントローラである。10はコンプレッサ3bから
の空気を燃料電池lへ導く空気供給配管(コンプレッサ
吐出配管)、11は燃料電池空気極1aからの排空気を
タービン3aに導く余剰空気配管、12は改質器バーナ
部2aからの燃焼排ガス配管、13は前記余剰空気配管
11と前記燃焼排ガス配管12が合流した後タービン3
aに導入されるまでの間のシステム排ガス配管、14は
大気開放配管である。また、15.16.17は燃料電
池1の反応空気圧力を制御する機構であり、15は圧力
m整弁、16はコンプレッサ吐出圧と反応空気圧力との
差圧を検出する差圧発信器、17は圧力コントローラを
示す、18.19.20は燃料電池lの反応燃料ガス圧
力を制御する機構であり、18は圧力調節弁、19は反
応空気圧力と反応燃料ガス圧力との差圧を検出する差圧
発信器、20は圧力コントローラである。21は改質反
応部2bへの燃料供給配管、22は燃料電池燃料極1b
への改質ガス供給配管、23は燃料電池1からの余剰燃
料を改質器バーナ部2aへ供給する余剰燃料供給配管で
ある。24.25.26は改質器反応部2bへの燃料の
量を調節する機構であり、24は流量調節弁、25は流
量発信器、26は流量コントローラを示す、なお、この
特開昭58−12268号の従来例では省略されている
が、空気供給配管10より分岐して改質器バーナ部2a
へ燃焼用として供給されるバーナ空気供給配管が第1図
に追加される。
As a specific method, a conventional example proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-12268 is shown in FIG. In the figure, 1 is a fuel cell, and 1a, 1b, and 1c indicate an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte portion of the fuel cell 1, respectively. Reference numeral 2 denotes a reformer for converting hydrocarbon fuel into hydrogen-rich gas, and 2a and 2b indicate the eighth section and reaction section of the reformer 2. 3 is a turbo compressor, 3a and 3b indicate a turbine part and a compressor part of this turbo compressor @ 3, 4.5.6 is a compressor, a mechanism for controlling the discharge pressure, and 4 is a mechanism for regulating the pressure. Atmospheric release valve for,
5 indicates a pressure transmitter, 6 indicates a pressure controller, 7.8
.. 9 is a flow rate adjustment mechanism for adjusting the amount of air supplied to the fuel cell, 7 is a flow iyAm valve, 8 is a flow rate transmitter, and 9 is a flow rate controller. 10 is an air supply pipe (compressor discharge pipe) that guides air from the compressor 3b to the fuel cell l; 11 is an excess air pipe that guides exhaust air from the fuel cell air electrode 1a to the turbine 3a; and 12 is a reformer burner section 2a. A combustion exhaust gas pipe 13 is connected to the turbine 3 after the surplus air pipe 11 and the combustion exhaust gas pipe 12 join together.
A system exhaust gas pipe 14 is a pipe open to the atmosphere until it is introduced into a. Further, 15, 16, and 17 are mechanisms for controlling the reaction air pressure of the fuel cell 1, 15 is a pressure m regulating valve, 16 is a differential pressure transmitter that detects the differential pressure between the compressor discharge pressure and the reaction air pressure, 17 indicates a pressure controller, 18, 19, and 20 a mechanism for controlling the reaction fuel gas pressure of the fuel cell l, 18 a pressure regulating valve, and 19 detecting the differential pressure between the reaction air pressure and the reaction fuel gas pressure. 20 is a pressure controller. 21 is a fuel supply pipe to the reforming reaction section 2b, 22 is a fuel cell fuel electrode 1b
The reformed gas supply pipe 23 is a surplus fuel supply pipe that supplies surplus fuel from the fuel cell 1 to the reformer burner section 2a. 24, 25, and 26 are mechanisms for adjusting the amount of fuel to the reformer reaction section 2b, 24 is a flow control valve, 25 is a flow transmitter, and 26 is a flow controller. - Although omitted in the conventional example of No. 12268, it is branched from the air supply piping 10 to the reformer burner section 2a.
A burner air supply pipe for combustion is added to FIG.

このような従来例で述べられている負荷変動時の動作に
ついて説明する。燃料電池1の負荷を減少させる過程に
おいてコンプレッサ3bの供給空気量の減少に伴ないコ
ンプレッサ吐出圧も減少するが、次の方法により反応空
気圧力または反応空気圧力と反応燃料ガス圧力との差圧
の維持を図っている。まず、定格負荷よりある負荷領域
までの範囲は、大気開放弁4の絞りy4mによってコン
プレッサ吐出圧力を一定に保ち反応空気圧力を維持する
。大気開放弁4の調節代がなくなる負荷領域以下の範囲
では、コンプレッサ吐出圧の低下に反応空気圧力を連動
させるように、すなわち圧力調節弁15によりコンプレ
ッサ吐出圧に対する反応空気圧力の差圧を維持するよう
に、また、圧力調節弁18により反応燃料ガス圧力と反
応空気圧力との差圧を一定に保つように制御調節する。
The operation at the time of load fluctuation described in such a conventional example will be explained. In the process of reducing the load on the fuel cell 1, the compressor discharge pressure also decreases as the amount of air supplied to the compressor 3b decreases. We are trying to maintain it. First, in the range from the rated load to a certain load range, the compressor discharge pressure is kept constant by the throttle y4m of the atmosphere release valve 4, and the reaction air pressure is maintained. In the range below the load range where there is no adjustment allowance for the atmospheric release valve 4, the reaction air pressure is linked to the decrease in the compressor discharge pressure, that is, the pressure regulating valve 15 maintains the differential pressure of the reaction air pressure with respect to the compressor discharge pressure. Also, the pressure regulating valve 18 controls and adjusts the differential pressure between the reaction fuel gas pressure and the reaction air pressure to keep it constant.

これにより、燃料電池に安定して空気を供給でき、さら
に反応空気と反応燃料ガスとの差圧を維持しクロスオー
バ現象が生じるのを防止することができる。すなわち、
このシステムは、基本的には大気開放弁4の調節によっ
て定風圧を維持するが、大気開放弁4の調節代がなくな
ればコンプレッサ吐出圧力が降下するのに連動して燃料
電池の反応ガスの圧力を下げようとするものである。
This makes it possible to stably supply air to the fuel cell, maintain the differential pressure between the reaction air and the reaction fuel gas, and prevent a crossover phenomenon from occurring. That is,
This system basically maintains a constant air pressure by adjusting the atmosphere release valve 4, but once the adjustment amount of the atmosphere release valve 4 is eliminated, the pressure of the reactant gas of the fuel cell decreases as the compressor discharge pressure decreases. This is an attempt to lower the

[発明が解決しようとする問題点] ところが、このような従来構成のものは、次の理由で必
ずしも電池の特性が維持されないという欠点を有する。
[Problems to be Solved by the Invention] However, such a conventional structure has a drawback that battery characteristics are not necessarily maintained for the following reason.

すなわち、燃料電池は1通常その電池本体に取り付けら
れる各反応・ガスのマニホールドのシール耐圧の問題か
ら、窒素ガスで加圧された筐体の中に設置され、窒素ガ
ス圧力が反応ガス圧力にほぼ等しくなるように維持され
るが、筐体内の窒素ガスの/ヘツファ容積が大きいため
、反応ガス圧力の変化速度に追従させて筐体窒素ガス圧
力を変化させるのは困難である。つまり、負荷変動時に
電池の反応ガス圧力を変化させれば、筐体窒素ガス圧力
との間に大きな圧力差を生じ、マニホールドシールが破
れて反応ガス中に窒素ガスが漏れ込んだり、逆に反応ガ
スが筐体中に漏洩して燃料電池の特性を劣化させるとい
う問題がある。
In other words, a fuel cell is usually installed in a case pressurized with nitrogen gas due to pressure-resistant seals of the manifolds for each reaction and gas attached to the cell body, and the nitrogen gas pressure is approximately equal to the reaction gas pressure. However, since the volume of nitrogen gas in the housing is large, it is difficult to change the nitrogen gas pressure in the housing to follow the rate of change in the reaction gas pressure. In other words, if the reactant gas pressure of the battery is changed during load fluctuations, a large pressure difference will occur between the battery's reaction gas pressure and the casing nitrogen gas pressure, causing the manifold seal to rupture and nitrogen gas leaking into the reactant gas, or vice versa. There is a problem in that gas leaks into the housing and deteriorates the characteristics of the fuel cell.

また、第1図に示す従来技術では、システム排ガス圧力
を積極的に制御していないため、負荷変動に迅速に対処
するのが難しいという問題があり、負荷を急速に変化さ
せると、改質器の炉内圧が一時的に変動して燃焼の安定
性が損なわれたり、燃料電池の反応ガス圧力が変動して
前述したクロスオーバ現象が生じるおそれがある。
In addition, the conventional technology shown in Figure 1 does not actively control the system exhaust gas pressure, so there is a problem that it is difficult to quickly respond to load fluctuations, and if the load changes rapidly, the reformer There is a risk that the internal pressure of the reactor may temporarily fluctuate, impairing the stability of combustion, or that the reactant gas pressure of the fuel cell fluctuates, causing the aforementioned crossover phenomenon.

また、このものは、定格負荷付近で大気開放調整により
定態圧制御を行っており、コンブレフすの必要動力に対
しタービン動力が余る場合を想定しているが、実際のシ
ステムにおいてはタービン動力はコンプレッサ必要動力
に対し同等かむしろ不足する場合があるので、大気開放
弁の調整代を利用した制御は困難になることが予想され
る。
In addition, this system performs steady pressure control by adjusting the atmosphere release around the rated load, and it is assumed that the turbine power is surplus to the required power of the combination lever, but in the actual system, the turbine power is Since the power required by the compressor may be equal to or even insufficient, it is expected that control using the adjustment allowance of the atmosphere release valve will be difficult.

タービン動力不足は特に部分負荷において顕著である。Turbine power shortage is particularly noticeable at partial loads.

本発明は、このような問題を一挙に解消することを目的
としてなされたものであり、あらゆる運転域においてタ
ービンの動力不足を招くことがない上に、改質器の燃焼
が不安定になったり前述した電池の特性劣化やクロスオ
ーバ現象を招く心配がなく、幅広い負荷変動に対してき
わめて迅速かつ的確に対応することができる燃料電池発
電システムの制御方式を提供しようとするものである。
The present invention was made with the aim of solving these problems all at once, and it does not cause the turbine to run out of power in any operating range, and also prevents combustion in the reformer from becoming unstable. The object of the present invention is to provide a control method for a fuel cell power generation system that can respond extremely quickly and accurately to a wide range of load fluctuations without causing the aforementioned deterioration of battery characteristics or the crossover phenomenon.

[問題を解決するための手段] 本発明は、以上のような目的を達成するために、前述し
たような大気開放弁を備えた燃料電池発電システムにお
いて、ターボ圧縮機のタービンへ至る排ガス配管途上に
タービンの不足動力を補う助燃炉を配置する(助燃炉を
導入するという考え方のみについては、例えば、特公昭
5B−56231号公報に示されているとおり公知であ
る)とともに、この助燃炉から前記タービンへ至る排ガ
ス配管から分岐させたバイパス配管上に該配管を通して
大気に放出される排ガスの量を:l!!節するタービン
バイパス弁を設け、さらに、前記ターボ圧縮機のタービ
ンを可変ノズル式のものにしている。その上で、システ
ムの定常運転時は前記タービンバイパス弁および前記大
気開放弁を全閉または微開にした状態で助燃炉の燃焼量
制御をコンプレッサ吐出圧力が一定範囲におさまるよう
にフィードバック制御で行い(または、それに加えて、
システム背圧が一定範囲におさまるようにタービンバイ
パス弁の制御を行ない)、また、システム負荷変動時に
は助燃炉の燃焼制御とタービンのノズル開度制御とをプ
ログラムに基くフィードフォワード制御で行なうととも
に前記タービンバイパス弁によるシステム背圧一定のフ
ィードバック制御および前記大気開放弁によるコンプレ
ッサ吐出圧一定のフィードバック制御を行わせることを
特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned objects, the present invention provides a fuel cell power generation system equipped with the above-mentioned atmosphere release valve, in which the exhaust gas piping is connected to the turbine of the turbo compressor. An auxiliary combustion furnace is arranged to compensate for the insufficient power of the turbine. The amount of exhaust gas released into the atmosphere through the bypass pipe branched from the exhaust gas pipe leading to the turbine is: l! ! A turbine bypass valve is provided, and the turbine of the turbo compressor is of a variable nozzle type. Then, during steady operation of the system, the combustion amount of the auxiliary combustion furnace is controlled by feedback control with the turbine bypass valve and the atmosphere release valve fully closed or slightly opened so that the compressor discharge pressure remains within a certain range. (Or, in addition,
(The turbine bypass valve is controlled so that the system back pressure is within a certain range.) Also, when the system load fluctuates, the combustion control of the auxiliary combustion furnace and the turbine nozzle opening control are performed by feedforward control based on a program. The present invention is characterized in that a bypass valve performs feedback control to keep the system back pressure constant, and the atmosphere release valve performs feedback control to keep the compressor discharge pressure constant.

[作用] このような構成によれば、定常運転時には、タービンバ
イパス弁および大気開放弁は、全閉または微開の状態に
維持され、助燃炉の燃焼制御によって、コンプレッサ吐
出圧力が一定になるように制御され、タービン動力が不
足しない範囲でエネルギ損失が最小限に抑えられる。一
方、システムの負荷が変動する場合には、予め設定した
プログラムに基いて助燃炉の燃焼制御とタービンのノズ
ル開度制御とがフィードフォワード制御により行われる
。そして、その場合には、同時に、タービンバイパス弁
によりシステム排ガス圧カ一定のフィードバック制御が
行われるとともに、大気開放弁によりコンプレッサ吐出
圧一定のフィードバック制御が行われ、過渡期における
一時的なシステム排ガス量およびコンプレッサ吐出空気
量の増加分は、大気に放出される。しかして、このよう
な制御の結果、システム背圧およびコンプレッサの吐出
圧が常時積極的に一定の値に維持されることになり、燃
料電池内の各反応ガス同士の圧力および反応ガス圧力と
筐体窒素ガス圧力との差圧を常に一定に保つことができ
る。
[Function] According to such a configuration, during steady operation, the turbine bypass valve and the atmosphere release valve are maintained in a fully closed or slightly open state, and the compressor discharge pressure is kept constant by combustion control of the auxiliary combustion furnace. energy loss is minimized to the extent that turbine power is not insufficient. On the other hand, when the load on the system fluctuates, the combustion control of the auxiliary combustion furnace and the nozzle opening control of the turbine are performed by feedforward control based on a preset program. In that case, at the same time, the turbine bypass valve performs feedback control to keep the system exhaust gas pressure constant, and the atmosphere release valve performs feedback control to keep the compressor discharge pressure constant, resulting in a temporary system exhaust gas amount during the transition period. The increased amount of air discharged from the compressor is discharged to the atmosphere. As a result of such control, the system back pressure and the compressor discharge pressure are always actively maintained at a constant value, and the pressure between each reactant gas in the fuel cell and the reactant gas pressure and the casing are constantly maintained. The differential pressure with the body nitrogen gas pressure can always be kept constant.

なお、タービンの動力は、入ロ圧カ一定の場合、(入口
絶対温度T)yとノズル面積Sに比例するので、負荷変
動時に助燃炉の燃焼量制御だけでなく、ノズル面積をも
制御するようにすれば、タービンの入口温度(排ガス温
度)を比較的抑制した状態でタービンパワーを所望の値
にまでアップできる。そのため、前記のようにシステム
背圧を常時一定に保持できることと相まって、負荷を変
動させるのに要する時間を無理なく確実に短縮すること
ができる。
In addition, when the inlet pressure is constant, the power of the turbine is proportional to (inlet absolute temperature T) y and the nozzle area S, so when the load fluctuates, not only the combustion amount of the auxiliary combustion furnace is controlled, but also the nozzle area is controlled. By doing so, the turbine power can be increased to a desired value while keeping the turbine inlet temperature (exhaust gas temperature) relatively suppressed. Therefore, in combination with the fact that the system back pressure can be kept constant as described above, the time required to vary the load can be reasonably and reliably shortened.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を第2図および第3図を参照し
て説明する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

なお、第1図に示すものと同一または相当する部分には
同一の記号を付して説明を省略する。また、第2図に示
す負荷42は、第1図に示す燃料電池1、改質器2およ
び関連機器をまとめて示したものである。
Note that parts that are the same as or correspond to those shown in FIG. 1 are given the same symbols and their explanations will be omitted. Furthermore, the load 42 shown in FIG. 2 is a collective representation of the fuel cell 1, reformer 2, and related equipment shown in FIG.

第2図において、27はターボ圧1ii機3のタービン
動力の不足を補うためにシステム排ガス配管13途上に
設置した助燃炉、28はこの助燃炉27に対する燃料供
給配管、29はこの燃料供給配管28に設置された燃料
流量制御弁、30は燃料供給配管28を流れる燃料流量
を検出して前記燃料流量制御弁29を調節するための助
燃炉燃料流量コントローラである。ターボ圧縮機3は、
第1図に示すものとは異なり、タービン3aに可変ノズ
ル3Cを備えたいわゆる可変ノズル式のものである。可
変ノズル3Cは、例えば、特願昭58−103160号
に示されるように、電気信号により作動するステッピン
グモータ等の7クチユエータにより弁体等を駆動し、そ
の弁体等の動きによリノズルの開口面積を変化させ得る
ように構成したちのである。助燃炉27は、前記燃料供
給配管28から逐次供給される燃料を燃焼させて前記シ
ステム排ガス配管13を流通する排ガスに熱エネルギを
付与するようにしたものである。また、31はターボ圧
縮l113のコンプレッサ3bから吐出される空気を案
内する空気供給配管10から分岐させて助燃炉27に接
続した空気配管、32はこの空気配管31に設置された
助燃炉燃焼用空気流量制御弁、33は空気配管31を流
れる空気流量を検出して空気流量制御弁32を調節する
ための助燃炉焼焼用空気流量コントローラ、34はター
ボ圧縮機3のコンプレッサ3bの出口に設置され   
  また圧力検出器5によって検出されたコンプレッサ
吐出圧力に応じて助燃炉燃料流量コントローラ30およ
び助燃炉焼焼用空気流量コントローラ33に対する制御
信号を与えるための圧力コントローラ、35は圧力コン
トローラ6から大気開放弁4に与えられる操作信号をタ
ーボ圧縮機3の定常運転時、過#運転時に応じて調整す
るための演算器である。また、36は前記システム排ガ
ス配管13から分岐させたバイパス配管、37はこのバ
イパス配管36の途中に介設したタービンバイパス弁、
38は前記システム排ガス配管13内の排ガス圧力、つ
まり、システム背圧を検出する圧力発信器、39はこの
圧力発信器38により検出されるシステム背圧に基いて
前記タービンバイパス弁37を開閉制御する圧力コント
ローラ、40は圧力コントローラ39からタービンバイ
パス弁37に与えられる操作信号をターボ圧lit機3
の定常運転時、過#運転時に応じて調整するための演算
器である。また41は負荷指令に応じて前記タービン3
aのノズル開度を制御するためのノズルコントローラで
ある。
In FIG. 2, reference numeral 27 indicates an auxiliary combustion furnace installed in the middle of the system exhaust gas pipe 13 to compensate for the lack of turbine power of the turbo pressure 1II engine 3, 28 indicates a fuel supply pipe for this auxiliary combustion furnace 27, and 29 indicates this fuel supply pipe 28. A fuel flow control valve 30 installed in the auxiliary combustion furnace is a fuel flow controller for detecting the fuel flow rate flowing through the fuel supply pipe 28 and adjusting the fuel flow control valve 29 . The turbo compressor 3 is
Unlike the one shown in FIG. 1, this is a so-called variable nozzle type in which a turbine 3a is equipped with a variable nozzle 3C. In the variable nozzle 3C, for example, as shown in Japanese Patent Application No. 58-103160, a valve body is driven by a stepping motor or the like operated by an electric signal, and the opening of the re-nozzle is controlled by the movement of the valve body. It is constructed in such a way that the area can be changed. The auxiliary combustion furnace 27 burns the fuel sequentially supplied from the fuel supply pipe 28 and imparts thermal energy to the exhaust gas flowing through the system exhaust gas pipe 13. Further, 31 is an air pipe branched from the air supply pipe 10 that guides air discharged from the compressor 3b of the turbo compressor 113 and connected to the auxiliary combustion furnace 27, and 32 is air for combustion in the auxiliary combustion furnace installed in this air pipe 31. A flow rate control valve 33 is an air flow controller for auxiliary combustion furnace combustion for detecting the air flow rate flowing through the air pipe 31 and adjusting the air flow control valve 32; 34 is installed at the outlet of the compressor 3b of the turbo compressor 3.
A pressure controller 35 is a pressure controller for giving control signals to an auxiliary furnace fuel flow controller 30 and an auxiliary furnace firing air flow controller 33 in accordance with the compressor discharge pressure detected by the pressure detector 5; This is an arithmetic unit for adjusting the operation signal given to the turbo compressor 4 depending on whether the turbo compressor 3 is in steady operation or in overdrive. Further, 36 is a bypass pipe branched from the system exhaust gas pipe 13, 37 is a turbine bypass valve interposed in the middle of this bypass pipe 36,
38 is a pressure transmitter that detects the exhaust gas pressure in the system exhaust gas pipe 13, that is, system back pressure; 39 is a pressure transmitter that controls the opening and closing of the turbine bypass valve 37 based on the system back pressure detected by the pressure transmitter 38; A pressure controller 40 converts the operation signal given from the pressure controller 39 to the turbine bypass valve 37 to the turbo pressure lit machine 3.
This is a computing unit for making adjustments depending on whether the engine is in steady operation or over-operation. Further, 41 indicates the turbine 3 according to the load command.
This is a nozzle controller for controlling the nozzle opening degree of a.

次いで、このシステムの動作について説fll’fる。Next, we will discuss the operation of this system.

システムの定常運転時、すなわち、ターボ圧縮機3の定
常運転時には、演算器35.40の働きによって大気開
放弁4およびタービンバイパス弁37は全開あるいは一
定の微小な開度に保持され、圧力コントローラ6.39
は実際上機能しない。大気開放弁4およびタービンバイ
パス弁37を全開あるいは微小な一定開度にするのは定
常運転時のエネルギ損失を最小とするためである。この
とき、システムは、定常運転であるから、本来システム
内の全てのプロセス量が一定値に維持されるはずである
が、運転中の外気温、湿度の変化によるコンプレッサ吸
込み条件の変化、システム放熱量の変化等により実際に
は温度、圧力等のプロセス量が除々に変化する。このよ
うな変化に対しても前に記述したとおり、コンプレッサ
吐出圧力を常に一定に保つことが重要である。このとき
コンプレッサ吐出圧力の制御は、圧力コントローラ34
によって圧力検出器5から検出される圧力が目標の一定
値になるよう助燃炉27の燃焼量を流量コントローラ3
0.33を通じて制御することにより行う、すなわち、
システム定常運転時には、助燃炉燃焼量の調整により、
コンプレッサ吐出圧力が一定の範囲におさまるようにフ
ィードバック制御を行う。
During steady operation of the system, that is, during steady operation of the turbo compressor 3, the atmospheric release valve 4 and the turbine bypass valve 37 are held fully open or at a constant minute opening by the action of the computing units 35 and 40, and the pressure controller 6 .39
doesn't actually work. The reason why the atmosphere release valve 4 and the turbine bypass valve 37 are fully opened or kept at a small constant opening is to minimize energy loss during steady operation. At this time, since the system is in steady operation, all process quantities within the system should originally be maintained at constant values, but changes in the compressor suction conditions due to changes in outside temperature and humidity during operation, and system emissions In reality, process quantities such as temperature and pressure gradually change due to changes in the amount of heat. As described above, it is important to always keep the compressor discharge pressure constant even with such changes. At this time, the pressure controller 34 controls the compressor discharge pressure.
The flow rate controller 3 controls the combustion amount of the auxiliary combustion furnace 27 so that the pressure detected from the pressure detector 5 becomes a constant target value.
0.33, i.e.
During steady system operation, by adjusting the combustion amount of the auxiliary furnace,
Feedback control is performed to keep the compressor discharge pressure within a certain range.

次に、負荷変動時の動作を述べる。まず、負荷指令の直
前に演算器35および4o内の制御回路を操作し、大気
開放弁4を圧力コントローラ6の制御支配下におくとと
もに、タービンバイパス弁37を圧力コントローラ39
の制御支配下におく。次に、負荷指令として、助燃炉燃
料流量および燃焼用空気流量の設定値を直接流量コント
ローラ30.33に対して与えてタービン動力を増加さ
せる。この結果、コンプレッサ3bの吐出圧力が上昇し
ようとするが、コンプレッサ3bの吐出圧力は圧力コン
トローラ6の1動きによって大気開放弁4の調節、すな
わち、大気開放配管14を経由する放出空気量の調節に
より一定制御が行われる。このようにして負荷指令時に
は、タービン動力を助燃炉燃焼量のフィードフォワード
操作により増加させ、これによるコンプレッサ3bの吐
出空気流量の増加分の一部をコンプレッサ吐出圧カ一定
に保つためにコンプレッサ出口側で大気放出させるよう
になっており、その状態でターボコプレッサ3のパワー
アップが計られてシステム要求空気量が満足される。大
気開放弁4からの放出量(大気開放弁の開度)が一定の
水準に達した状態でシステム要求量に応じてシステム空
気流量調節弁7が開かれてターボ圧縮機からの空気がシ
ステムに対して供給される。そして、この際に、予めプ
ログラムされた負荷指令に基いて、タービン3aのノズ
ル3Cの開度をフィードフォワード制御により変更して
、排ガス流量の変化に対処する。
Next, the operation during load fluctuations will be described. First, immediately before a load command is issued, the control circuits in the computing units 35 and 4o are operated to place the atmospheric release valve 4 under the control of the pressure controller 6, and the turbine bypass valve 37 is controlled by the pressure controller 39.
be under the control of Next, set values for the auxiliary furnace fuel flow rate and the combustion air flow rate are directly given to the flow rate controller 30.33 as load commands to increase the turbine power. As a result, the discharge pressure of the compressor 3b tends to rise, but the discharge pressure of the compressor 3b is increased by adjusting the atmosphere release valve 4 by one movement of the pressure controller 6, that is, adjusting the amount of air released via the atmosphere release pipe 14. Constant control is performed. In this way, at the time of load command, the turbine power is increased by the feedforward operation of the combustion amount of the auxiliary combustion furnace, and a part of the increase in the discharge air flow rate of the compressor 3b due to this is kept at the compressor outlet side in order to keep the compressor discharge pressure constant. In this state, the turbo copressor 3 is powered up to satisfy the system required air amount. When the amount of air released from the atmosphere release valve 4 (opening degree of the atmosphere release valve) reaches a certain level, the system air flow control valve 7 is opened according to the system demand, and air from the turbo compressor enters the system. supplied to At this time, the opening degree of the nozzle 3C of the turbine 3a is changed by feedforward control based on a preprogrammed load command to cope with the change in the exhaust gas flow rate.

すなわち、システム空気流量調節弁7の開度を変化させ
ると、システム排ガスの流量が増減するため、この流量
変化を吸収する方向にノズル3cの開度を制御するよう
にプログラムしである。なお、このシステムでは、前記
ノズル3Cの開度制   へ御は、比較的大まかに行う
ようにし、微妙なシステム背圧の一定制御は、圧力コン
トローラ39の働きによってタービンバイパス弁37の
開度を調節することにより行う、負荷指令として、シス
テム空気流量の設定値を直接流量コントローラ9に対し
て与えて流量調節弁7の開度y4整を行なうとトモに、
ノズル開度の設定値をノズルコントローラ41に与えて
ノズル開度の調節を行なう、この際に、システム背圧が
変動しようとする場合があるが、システム背圧は、圧力
コントローラ39の働きによるタービンバイパス弁37
の調節、換言すれば、タービンバイパス配管36を経由
する放出排ガス量の調節により一定の値に維持される。
That is, when the opening degree of the system air flow control valve 7 is changed, the flow rate of the system exhaust gas increases or decreases, so the opening degree of the nozzle 3c is programmed to be controlled in a direction that absorbs this change in flow rate. In this system, the opening of the nozzle 3C is controlled relatively roughly, and the delicate constant control of system back pressure is achieved by adjusting the opening of the turbine bypass valve 37 through the action of the pressure controller 39. By giving the set value of the system air flow rate directly to the flow controller 9 as a load command to adjust the opening y4 of the flow rate control valve 7,
The set value of the nozzle opening degree is given to the nozzle controller 41 to adjust the nozzle opening degree. At this time, the system back pressure may try to fluctuate. Bypass valve 37
In other words, it is maintained at a constant value by adjusting the amount of exhaust gas released via the turbine bypass piping 36.

負荷指令に対する状態変化が終了し、システムが整定す
れば、次に、コンプレッサ吐出圧力の制御を圧力コント
ローラ34に移すとともに、演算器35.40によって
大気開放弁4およびタービンバイパス弁37の開度を現
在の開度から除々に絞り込み最終的に全閉させるか、あ
るいは、微小な開度に保持させる。この動作は、前に述
べたとおりシステムのエネルギ損失を最小にする目的で
あり、大気開放弁4およびタービンバイパス弁37の絞
り込みはターボ圧縮機3の制御バランスを崩さないよう
微調整により行う、この間、コンプレッサ吐出圧力は流
量コントローラ30.33を通じた助燃炉燃焼量の調整
によって一定制御が行なわれる。大気開放弁4およびタ
ービンバイパス弁37を絞り込んだ後は負荷定常時の状
態に戻る。
When the state change in response to the load command is completed and the system is stabilized, control of the compressor discharge pressure is transferred to the pressure controller 34, and the opening degrees of the atmosphere release valve 4 and the turbine bypass valve 37 are controlled by the computing units 35 and 40. The current opening degree is gradually narrowed down until it is finally fully closed, or the opening degree is maintained at a very small opening degree. As mentioned earlier, this operation is for the purpose of minimizing energy loss in the system, and the air release valve 4 and turbine bypass valve 37 are throttled down by fine adjustment so as not to disturb the control balance of the turbo compressor 3. The compressor discharge pressure is constantly controlled by adjusting the combustion amount of the auxiliary combustion furnace through the flow rate controllers 30 and 33. After the atmospheric release valve 4 and the turbine bypass valve 37 are closed, the state returns to the state under steady load.

第3図は1本実施例による負荷変動時のターボ圧縮機の
プロセス量の変化を表わしたものであり、時刻t1に負
荷指令が与えられると助燃炉燃料流量F1が負荷指令に
応じたフィードフォワード制御操作によって増加するこ
とによりシステム排ガスに助燃炉27からの燃焼排ガス
が加わってタービン動力が増大し、ターボ圧縮機3の回
転数が増加する。この時システム空気流量F4はまだ負
荷指令前の値を維持継続させているため、コンプレッサ
吐出圧力P1が上昇しようとする。これに対して圧力コ
ントローラ6による圧カ一定制御が働き過剰空気量をフ
ンプレッサ吐出大気開放空S Fit F 1 として
大気に放出させることによってコンプレッサ吐出圧力P
1が一定に維持される。また、ノズル開度Sも、まだ負
荷指令前の値を維持継続させているため、システム排ガ
ス圧力piも上昇しようとする。これに対して、圧力コ
ントローラ39によるシステム背圧一定制御が働さ過剰
排カスをタービンバイパス風量Fsとして大気に放出す
ることによってシステム背圧P1が一定に維持される。
FIG. 3 shows the change in the process amount of the turbo compressor when the load fluctuates according to this embodiment. When a load command is given at time t1, the auxiliary furnace fuel flow rate F1 changes in feedforward according to the load command. When the control operation increases, the combustion exhaust gas from the auxiliary combustion furnace 27 is added to the system exhaust gas, the turbine power increases, and the rotation speed of the turbo compressor 3 increases. At this time, since the system air flow rate F4 is still maintained at the value before the load command, the compressor discharge pressure P1 is about to rise. In response to this, constant pressure control by the pressure controller 6 works to release the excess air amount to the atmosphere as compressor discharge atmosphere open air S Fit F 1 , thereby increasing the compressor discharge pressure P.
1 is kept constant. Further, since the nozzle opening degree S is still maintained at the value before the load command, the system exhaust gas pressure pi also tends to increase. On the other hand, the system back pressure constant control by the pressure controller 39 is activated and the excess exhaust gas is discharged to the atmosphere as the turbine bypass air volume Fs, thereby maintaining the system back pressure P1 constant.

助燃炉27に対するフィードフォワード操作が安定した
時点で、流量調節弁7を開成させてシステム空気流量F
4を負荷指令に甚く目標値まで増加させるとともに、タ
ーボ圧縮機3のタービン3aのノズル開度をフィードフ
ォワード操作により増加させると、この過程でPlの一
定制御動作によりコンプレッサ出口大気開放弁4の開度
が調整されFlが変化するとともに、Plの一定制御動
作によりタービンバイパス弁37の開度が調整されF5
が変化する。F4が目標値に達した時点(時刻1z)が
負荷変動に対する第1次整定点であり、この時点でコン
プレッサ吐出圧力P1の制御がコンプレッサ出口大気開
放弁4からの放風量調整による制御から助燃炉27の燃
焼量調節による制御に切り替えられる。この後、演算器
35.40からの指令で大気開放弁4およびタービンバ
イパス弁37の漸開動作が行われ、大気開放弁4および
タービンバイパス弁37が完全に絞り込まれた時点(時
刻11)が第2次(最終)整定時点となる。11からt
lに至る過程ではPlの一定制御動作を介して助燃炉燃
料流量F1を絞り込む方向での制御が行われる。
When the feedforward operation for the auxiliary combustion furnace 27 becomes stable, the flow rate control valve 7 is opened to increase the system air flow rate F.
4 to the load command to the target value, and the nozzle opening of the turbine 3a of the turbo compressor 3 is increased by feedforward operation. During this process, the compressor outlet atmospheric release valve 4 is The opening degree is adjusted and Fl changes, and the opening degree of the turbine bypass valve 37 is adjusted by a constant control operation of Pl, F5.
changes. The time when F4 reaches the target value (time 1z) is the first settling point for load fluctuations, and at this point the control of the compressor discharge pressure P1 changes from the control by adjusting the air discharge amount from the compressor outlet atmospheric release valve 4 to the auxiliary combustion furnace. The control is switched to the combustion amount adjustment of No. 27. Thereafter, the atmospheric release valve 4 and the turbine bypass valve 37 are gradually opened according to commands from the computing unit 35.40, and the time point (time 11) when the atmospheric release valve 4 and the turbine bypass valve 37 are completely throttled is reached. This is the second (final) settling point. 11 to t
In the process leading to Pl, control is performed to narrow down the auxiliary furnace fuel flow rate F1 through a constant control operation of Pl.

なお、上記実施例では、システム定常運転時にコンプレ
9す吐出圧力が一定となる様に助燃炉燃焼量のフィード
バック制御を行なっているが、このときプロセス量の変
化に伴ってシステム背圧が変化しない様に、常時コント
ローラ39によるシステム背圧一定制御を働かせること
も考えられる。このとき、タービンバイパス弁37は定
常運転時のシステム背圧一定制御を行うために必要な 
   1最小の開度を維持する必要がある。
In the above embodiment, feedback control of the combustion amount of the auxiliary furnace is performed so that the discharge pressure of the compressor 9 remains constant during steady system operation, but at this time, the system back pressure does not change with changes in the process amount. Similarly, it is also conceivable to constantly control the system back pressure by the controller 39. At this time, the turbine bypass valve 37 is used to maintain constant system back pressure during steady operation.
1. It is necessary to maintain the minimum opening degree.

またこの場合に於て、コントローラ39によるシステム
背圧一定のフィードバック判断の代りに、@算器40に
リミ、タ機能を持たせ、ある一定の圧力を超えれば演算
840がタービンバイパス弁37に対し開動作指令を出
す様にして定常運転時にシステム背圧が一定の範囲に納
まる様に判断することも考えられる。
In this case, instead of the controller 39's feedback judgment that the system back pressure is constant, the calculator 40 is provided with a limiter function, and if the pressure exceeds a certain level, the calculation 840 is applied to the turbine bypass valve 37. It is also conceivable to issue an opening operation command to determine that the system back pressure falls within a certain range during steady operation.

さらに上記実施例では、ノズル開度のフィードフォワー
ド操作を、システム空気流IF4の増加開始時点(時刻
し)に於て開始した例を述べたが、負荷指令時(時刻t
1)に同操作を開始しても良い。このとき、助燃炉燃焼
増加による一時的なシステム背圧の増加を抑える様にノ
ズル制御を行う。
Furthermore, in the above embodiment, the feedforward operation of the nozzle opening was started at the time when the system air flow IF4 started increasing (time t).
The same operation may be started in step 1). At this time, nozzle control is performed to suppress a temporary increase in system back pressure due to increased combustion in the auxiliary furnace.

[発明の効果] 本発明は、以上のような構成であるから1次のような効
果が得られる。
[Effects of the Invention] Since the present invention has the above configuration, the following effects can be obtained.

(a)まず、排ガス配管途上に助燃炉を設けているので
、あらゆる負荷運転域においてタービンの動力不足を招
くことがない。
(a) First, since the auxiliary combustion furnace is provided in the middle of the exhaust gas piping, the turbine does not run out of power in any load operating range.

(b)そして、コンプレッサ吐出圧力およびシステム背
圧を常時一定の範囲の<?nつことができるので、燃料
電池のマニホールド内の反応ガスの圧力と筐体内の窒素
ガスの圧力との差圧を常に一定にしておくことが可能と
なり、前述したようなガス漏洩による電池の特性劣化等
を招くことがない。
(b) Then, keep the compressor discharge pressure and system back pressure within a constant range <? This makes it possible to keep the differential pressure between the reactant gas pressure in the fuel cell manifold and the nitrogen gas pressure in the casing constant at all times. It does not cause deterioration etc.

(C)また、負荷変動時においてもシステム背圧を一定
に維持することができるので、改質器の燃焼が安定化す
るという利点もある。
(C) Furthermore, since the system back pressure can be maintained constant even during load fluctuations, there is an advantage that combustion in the reformer is stabilized.

(d)さらに、負荷が一定している際には、大気開放弁
およびタービンバイパス弁を全開または微開状態に維持
することができるので、エネルギの無駄使いを最小限に
抑えることが可能であり、効率の高い運転が出来る。
(d) Furthermore, when the load is constant, the atmosphere release valve and the turbine bypass valve can be kept fully open or slightly open, making it possible to minimize wasted energy. , enabling highly efficient operation.

(e) しかも、この方式では、タービンを可変ノズル
式のものにし、負荷変動時に助燃炉の燃焼制御のみなら
ず、ノズル開度をフィードフォワード制御により変化さ
せてタービン動力を積極的に負荷変動に合せて変更する
ようにしている。そのため、優れた応答性が期待でき、
燃料電池の負荷、換言すれば、システム流量を迅速に変
化させることが可能となる。
(e) Furthermore, in this method, the turbine is of a variable nozzle type, and in addition to controlling the combustion of the auxiliary combustion furnace when the load fluctuates, the nozzle opening degree is also changed by feedforward control to actively adapt the turbine power to load fluctuations. I am trying to change it accordingly. Therefore, excellent responsiveness can be expected.
It becomes possible to quickly change the load on the fuel cell, in other words, the system flow rate.

これを前記実施例に基いて具体的に説明すれば次のよう
になる0、まず、タービン動力は、入口圧力P1が一定
とすると、(入口絶対温度T)yとノズル面積Sに比例
する。そのため、ノズル面積を変更しないでタービ入口
温度のみを変更して負荷変動に対処しようとする場合に
は、第3図に想像線で示すように、助燃炉27の燃焼量
をかなり大きくすることによって大気開放弁4の放出風
量F1を十分に多くしておき、しかる後に、システム空
気流量F4を目標値にまで変更しないと、放出風量の余
裕Aを残して負荷を変化させることができない、それに
対して、この発明によれば、システム空気流量F4を目
標値にまで変化させる際に、それとほぼ同時にノズル面
積Sをフィードフォワード制御により変化させてタービ
ン3aのパワーアンプを計ることができるので、大気開
放弁4の放出風lx F xが比較的少ない状態からシ
ステム空気流量F4を変化させ始めても第1次整定時L
1には放出流量の余裕Aを無理なく確保することができ
る。そのため、可変ノズル機能を有さないシステムに比
べて、負荷変動時における助燃炉の燃焼量を少なくする
ことが可能となり、燃料の節約だけでなく、システム排
ガスを昇温させるのに要する時間(1+〜t)、および
、システム空気流量を変化させるのに要する時間(1−
17)を共に短くすることが可能となる。
A concrete explanation of this based on the above embodiment will be as follows. First, assuming that the inlet pressure P1 is constant, the turbine power is proportional to (inlet absolute temperature T) y and the nozzle area S. Therefore, when trying to cope with load fluctuations by changing only the turbine inlet temperature without changing the nozzle area, as shown by the imaginary line in Fig. 3, by increasing the combustion amount of the auxiliary combustion furnace 27 considerably. Unless the discharge air volume F1 of the atmosphere release valve 4 is made sufficiently large and the system air flow rate F4 is then changed to the target value, it is not possible to change the load while leaving a margin A for the discharge air volume. According to the present invention, when the system air flow rate F4 is changed to the target value, the nozzle area S can be changed almost simultaneously by feedforward control to measure the power amplifier of the turbine 3a, so that the power amplifier of the turbine 3a can be measured. Even if you start changing the system air flow rate F4 from a state where the discharge air lx F x of valve 4 is relatively small, the first settling time L
1, it is possible to reasonably secure the margin A of the discharge flow rate. Therefore, compared to a system without a variable nozzle function, it is possible to reduce the amount of combustion in the auxiliary combustion furnace during load fluctuations, which not only saves fuel, but also the time required to raise the temperature of the system exhaust gas (1+ ~t) and the time required to change the system air flow rate (1-
17) can both be shortened.

(f)その上、システム空気流量を変化させるとともに
タービンのノズル開度を調整する際に、タービンバイパ
ス弁の放出風量をフィードバック制御により調整してシ
ステム背圧を一定に制御するようにしているので、シス
テム背圧を変動させないようにノズル開度をバランス良
く精密に変化させなけれがならないという制約がない。
(f) Furthermore, when changing the system air flow rate and adjusting the turbine nozzle opening degree, the discharge air volume of the turbine bypass valve is adjusted by feedback control to keep the system back pressure constant. , there is no restriction that the nozzle opening must be precisely varied in a well-balanced manner so as not to fluctuate the system back pressure.

そのだめ、特に、システム空気流量を変化させるのに要
する時間(t ” t z )を非常に短く設定するこ
と    、、が可能となる。
This makes it possible, in particular, to set the time required to change the system air flow rate (t '' tz ) very short.

したがって、前記e項で述べた事情と相まって、きわめ
て迅速で的確な負荷制御を行うことができる燃料電池発
電システムの制御方式を提供できるものである。
Therefore, in combination with the circumstances described in the above section e, it is possible to provide a control method for a fuel cell power generation system that can perform extremely quick and accurate load control.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来例を示すシステム説明図、第2図は本発明
の一実施例を示すシステム説明図、第3図は同実施例に
おけるプロセスの挙動を示した図である。 1・・・燃料電池 1aや・・空気極 lb・・−燃料極 2・・・改質器 3・・・ターボ圧縮機 3aIIII−タービン 3b+11フンプレー2す 3c・1ノズル 4・・・大気開放弁 10・・φコンプレッサ吐出配管 14・・・大気開放配管 36拳・φ/ヘイパス配管
FIG. 1 is a system explanatory diagram showing a conventional example, FIG. 2 is a system explanatory diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing process behavior in the same embodiment. 1...Fuel cell 1a...Air electrode lb...-Fuel electrode 2...Reformer 3...Turbo compressor 3aIII-Turbine 3b+11 Fun plate 2S 3c・1 Nozzle 4...Atmospheric release valve 10...φ Compressor discharge piping 14...Atmospheric release piping 36 Fist・φ/Haypass piping

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)燃料電池と、炭化水素系燃料を改質して前記燃料
電池に水素ガスを供給するための改質器と、この改質器
の排ガス、または、前記燃料電池の空気極出口の余剰空
気および改質器の排ガスの両方により駆動される可変ノ
ズル式のタービンを用いてコンプレッサを作動させ該コ
ンプレッサから前記燃料電池および改質器に必要な圧縮
空気を供給するターボ圧縮機と、このターボ圧縮機のタ
ービンへ至る排ガス配管途上に配置されタービンの不足
動力を補う助燃炉と、この助燃炉から前記タービンへ至
る排ガス配管から分岐させたバイパス配管上に設けられ
該配管を通して大気に放出される排ガスの量を調節する
タービンバイパス弁と、前記ターボ圧縮機のコンプレッ
サ吐出配管から分岐させた大気開放配管上に設けられ該
配管を通して大気に放出される風量を調節する大気開放
弁とを具備してなる燃料電池発電システムであって、シ
ステムの定常運転時ほ前記タービンバイパス弁および前
記大気開放弁を全閉または微開にした状態で助燃炉の燃
焼量制御をコンプレッサ吐出圧力が一定範囲におさまる
ようにフィードバック制御で行い、また、システム負荷
変動時には助燃炉の燃焼制御とタービンのノズル開度制
御とをプログラムに基くフィードフォワード制御で行な
うとともに前記タービンバイパス弁によるシステム背圧
一定のフィードバック制御および前記大気開放弁による
コンプレッサ吐出圧一定のフィードバック制御を行わせ
ることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方式。
(1) A fuel cell, a reformer for reforming hydrocarbon fuel and supplying hydrogen gas to the fuel cell, and an exhaust gas from the reformer or a surplus at the air electrode outlet of the fuel cell. A turbo compressor that operates a compressor using a variable nozzle turbine driven by both air and reformer exhaust gas and supplies compressed air necessary for the fuel cell and the reformer from the compressor; An auxiliary combustion furnace is placed on the exhaust gas piping leading to the turbine of the compressor to make up for the insufficient power of the turbine, and an auxiliary combustion furnace is provided on a bypass piping branched from the exhaust gas piping leading from the auxiliary furnace to the turbine, and the gas is discharged into the atmosphere through the piping. A turbine bypass valve that adjusts the amount of exhaust gas, and an atmosphere release valve that is provided on an atmosphere release pipe branched from a compressor discharge pipe of the turbo compressor and that adjusts the amount of air discharged to the atmosphere through the pipe. In this fuel cell power generation system, during steady operation of the system, the combustion amount of the auxiliary combustion furnace is controlled with the turbine bypass valve and the atmosphere release valve fully closed or slightly opened so that the compressor discharge pressure falls within a certain range. In addition, when the system load fluctuates, the combustion control of the auxiliary furnace and the turbine nozzle opening control are performed by feedforward control based on a program, and the feedback control of the system back pressure by the turbine bypass valve and the control of the atmospheric pressure are performed. A control method for a fuel cell power generation system characterized by feedback control of a constant compressor discharge pressure using an open valve.
(2)燃料電池と、炭化水素系燃料を改質して前記燃料
電池に水素ガスを供給するための改質器と、この改質器
の排ガス、または、前記燃料電池の空気極出口の余剰空
気および改質器の排ガスの両方により駆動される可変ノ
ズル式のタービンを用いてコンプレッサを作動させ該コ
ンプレッサから前記燃料電池および改質器に必要な圧縮
空気を供給するターボ圧縮機と、このターボ圧縮機のタ
ービンへ至る排ガス配管途上に配置されタービンの不足
動力を補う助燃炉と、この助燃炉から前記タービンへ至
る排ガス配管から分岐させたバイパス配管上に設けられ
該配管を通して大気に放出される排ガスの量を調節する
タービンバイパス弁と、前記ターボ圧縮機のコンプレッ
サ吐出配管から分岐させた大気開放配管上に設けられ該
配管を通して大気に放出される風量を調節する大気開放
弁とを具備してなる燃料電池発電システムであって、シ
ステムの定常運転時は前記タービンバイパス弁および前
記大気開放弁を全閉または微開にした状態でコンプレッ
サ吐出圧力が一定範囲におさまるように助燃炉燃焼量の
フィードバック制御を行わせることに加え、システム背
圧が一定範囲におさまるようにタービンバイパス弁の制
御を行なわせ、また、システム負荷変動時には助燃炉の
燃焼制御とタービンのノズル開度制御とをプログラムに
基くフィードフォワード制御で行なうとともに前記ター
ビンバイパス弁によるシステム背圧一定のフィードバッ
ク制御および前記大気開放弁によるコンプレッサ吐出圧
一定のフィードバック制御を行わせることを特徴とする
燃料電池発電システムの制御方式。
(2) A fuel cell, a reformer for reforming hydrocarbon fuel and supplying hydrogen gas to the fuel cell, and an exhaust gas from the reformer or a surplus at the air electrode outlet of the fuel cell. A turbo compressor that operates a compressor using a variable nozzle turbine driven by both air and reformer exhaust gas and supplies compressed air necessary for the fuel cell and the reformer from the compressor; An auxiliary combustion furnace is placed on the exhaust gas piping leading to the turbine of the compressor to make up for the insufficient power of the turbine, and an auxiliary combustion furnace is provided on a bypass piping branched from the exhaust gas piping leading from the auxiliary furnace to the turbine, and the gas is discharged into the atmosphere through the piping. A turbine bypass valve that adjusts the amount of exhaust gas, and an atmosphere release valve that is provided on an atmosphere release pipe branched from a compressor discharge pipe of the turbo compressor and that adjusts the amount of air discharged to the atmosphere through the pipe. In this fuel cell power generation system, during steady operation of the system, the combustion amount of the auxiliary furnace is fed back so that the compressor discharge pressure is kept within a certain range with the turbine bypass valve and the atmosphere release valve fully closed or slightly opened. In addition to control, the turbine bypass valve is controlled to keep the system back pressure within a certain range, and when the system load fluctuates, the combustion control of the auxiliary combustion furnace and the turbine nozzle opening control are based on the program. 1. A control method for a fuel cell power generation system, characterized in that feed forward control is performed, feedback control is performed using the turbine bypass valve to maintain a constant system back pressure, and feedback control is performed using the atmosphere release valve to maintain a constant compressor discharge pressure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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