JPS6180763A - 燃料電池発電システムの制御方式 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、ターボ圧ｌｉｔ機を備えた燃Ｎ電池発電シス
テムの制御方式に関するものである。

［従来の技術］ 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、近昨、宇宙開発などの特殊用途の
電源だけでなく。

商用を力用電源としての使途が種々検討されておリ、そ
の実用化を日桁して開発が活発化してい燃ね電池発電シ
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カ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
、各反応カ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／ｃ♂ｇ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ａ　ｏ　ｏ　’ｃ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。

したかって　空気を圧縮するための動力をシステムの排
カスエネルギーに求めることができれば、システムの効
率向、ｈに大きな効果がある。

このようなπ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ｌｉｉ機を使用する例
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
る仕事に利用しシステム効率の向上を図るものである。

ところで、このような燃料電池発電システムにおいては
、定常１転時の安定した制御と、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八
現象を防ぐため、定常運転時であると、負荷変動時であ
るとを問わず常に一定値に保つ制御が要求されるに 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、１は燃料電池であり、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ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は炭化水素燃料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のバーナ部と反
応部を示す。３はターボ圧縮機であり、３ａ、３ｂはこ
のターボ圧縮機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はコンプレッサ吐出圧を制御する
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は流は調節弁、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１へ導く空気供給配管（コンプレッサ叱出
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２
ａ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３ａに
導入されるまでの間のシステム排カス配管、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４１５は圧力調整
弁、１６はコンブレフす吐出圧と反応空気圧力との差圧
を検出する差圧発信器、１７１土圧力コントａ−ラを示
す。Ｌ　８　、　１９　、　２０１’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カ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。２
１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力
１らの余剰燃料を改質器へ−す部２ａへ供鬼合する余剰
燃料供給配管である。２４．２５．２６（±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
ｉＡ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か、空気供給配管１０より分岐して
改質器へ−士部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。

このような従来例で述べられているシステムの動作につ
いて説明する。燃料電池ｌの負荷を減少させる過程にお
いてコンプレッサ３ｂの供給空気蛾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の絞り調節によってコンプレ
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の調節化がなくなる負荷領域以Ｔ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也動させ
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しこ保つように制御調節する。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八
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
定態圧を維持するが、大気開放弁４の調節化がなくなれ
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。

［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。

すなわち、燃料電池は、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″″°“ｌｊ）：　ｉ　！、：　＋”′１°
＜′″６　ｒ　７　”　”　ｔ＃　’　”　’　　　　
ｔが、佼体内の窒素ガスのバッファ容積が太きいため、
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、筐体窒素カス圧力と
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ｉｆ　ｌカスが漏れ込んだり、逆に反応
カスが筐体中に漏洩して燃料電池の特性を劣化させると
いう問題かある。

また、第１図に示す従来技術のものは、一定範囲の負荷
領域においては、大気開放弁から高圧空気を常時棄てる
ことによってコンプレッサ吐出圧を一定値に維持せざる
を得ないため、エネルギが作歌に消費される傾向があり
、負荷の変動幅が大きい場合には効率の高い運転が難し
という問題もある。

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、コンプレッサ必要動力に対し
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
の調整代のみを利用した制御は困難になることが予想さ
れる。

タービン動力不足は特に部分負荷において顕著である・ しかして、このような不都合を解消すること力号できる
システムの制御方式としては、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ｌ
ｉｉ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しく助燃炉を導入するという
考え方のみ（こつｌ、Ｘては、例えば、特公昭５Ｂ−５
６２３１号公報に示されているとおり公知である）、シ
ステムの定常運転時は前記大気開放弁を全開また１士微
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
圧力一定の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大気開放弁によりコンプレッサ
吐出圧一定のフィード／＜−νり制御を行わせるように
した方式（以下、「改良方式」と称す）が考えられる。

しかしながら、この方式は、少なくとも定常連転時には
タービンのノズル開度を一定に保持しており、助燃炉の
燃焼量の制御のみによってコンプレッサ吐出圧力、ひい
ては、システム背圧を所要の値に維持するようになって
いる。そのため、定常運転時に気温や湿度等の各種周囲
条件が変化してノズル面積の最適値が変動した場合でも
、助燃炉の燃焼量制御のみによって、タービン動力を所
要の値に調節しなければならない、したがって、後述す
るように、定常運転時の効率に若干の問題かある。

本発明は、第１図に示す方式が有している問題点を解消
するだけでなく、さらに、前述した改良方式の有してい
る定常運転時における問題をも確実に解消することを目
的としているφ ［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、＠述し
た改良方式にさらに改善を加え、定常運転時に、タービ
ンのノズル開度をシステム背圧が一定になるようにフィ
ードバック制御するように１−たことを特徴とする。

［作用］ このような構成によれば、定常運転時には、大気開放弁
は、全開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
に基いて少なくとも肋燃炉の燃焼制御がフィードフォワ
ード制御により行われる。そして、その場合には、並行
して。

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。

しかも、定常運転時に気温等の周囲条件が変化してシス
テム背圧が変化しようとした場合には、フィートノへツ
タ制御によりタービンのノズル開度　　　　　１が３１
整され、該システム背圧が一定の値に維持される。なお
、タービンの動力は、入ロ圧力一定の場合、（人口絶対
温度Ｔ）Ｔ−とノズル面積Ｓに比例するので、定常運転
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、タービンの人口温度（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要の値に
維持することができる。

［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。

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３９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。

第２図において、２７はターボ圧縮機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途とに設置
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層
制御弁、３０は燃料供給配管２８を流れる燃料流挙を検
出して前記燃料旋早制御弁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３
ｃを備えたいわゆる可変ノズル式のものである。ｒＪ■
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りノズルの開口面積を変化させ得る
ように構成したものである。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′ｆ１３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
圧縮機３のコンプレッサ３ｂから吐出される空気を案内
するコンプレッサ吐出配管１０から分岐させて助燃炉２
７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３
１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、３
４はターボ圧縮機３のコンプレッサ３ｂの川口に設置さ
れた圧力検出器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３０８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≠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は前記システム排カス
配管１３内の排カス圧力を検出する圧力発信器、３７は
圧力コントローラ、３８はノズル３ｃに供給する信号を
制御する演算器である。すなわち、この演算器３８は、
定常運転時には前記可変ノズル３ｃを前記圧力コントロ
ーラ３７の制御支配下におく一方、負荷変動時には、原
則として予めプログラムされた負荷指令信号を前記ノズ
ル３Ｃに供給するように構成されている。そして、負荷
変動時に前記圧力発信器３６により検出されるシステム
背圧が、予め設定した一定範囲の値から外れた場合には
、一時的に前記負荷指令信号を遮断し、前記圧力コント
ローラ３７により前記システム背圧が前記一定範囲の値
に戻るようにノズル開度を制御させるようになっている
。

次いで、このシステムの動作について説明する。

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の１動きによって大気開放弁
４は全閉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は実際上機能しない、大気開放弁４を全閉
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］Ｍ転生の外気
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３ｂの吐出圧力およびシステム背圧を常に一定に
保つことが重要である。このときコンプレッサ３ｂの吐
出圧力のＭＩＷ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か目標の一定値になるよう
助燃炉２７の燃焼１を流量コントローラ３０．３３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′Ａ整により、コンプレ。

す吐出圧力一定のフィードバック制御を行う。また、シ
ステム背圧の制御は、圧力コントローラ３７によって圧
力検出器３６から検出される圧力が目標の一定値になる
ようにタービン３ａのノズル開度を調節することにより
行なう。すなわち、定常正転時には、ノズル開度の調整
により、ンステム背圧一定のフィード／ヘッダ制御を行
なう。

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内の制御回路を操作することにより、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、演算器３８内の制御回路を操作することによっ
て圧力コントローラ３７によるノズル開度のフィードバ
ック制御を原則として停旧させ、タービン３ａのノズル
３Ｃに負荷指令信号が伝達され得るようにする６次に、
負荷指令として、助燃炉燃料流量および燃焼雨空′ｆｉ
、流礒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の働きによ
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！＋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力を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
状態でターボコブレッサ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３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、排カス流量の変
化に対処する。すなわち、タービン３ａを通過する排カ
ス流量Ｗは、ノズル開口面積をＳ、ノズル入口圧力をＰ
、ノズル人口絶対温度をＴとすると、Ｓ−Ｐ／こ「］こ
比例する。しかして、前記ノズル３Ｃの制御パターンは
、原則として、システム排カス流量の変化に伴なって前
記ノズル入口圧力、つまり、システム背圧Ｐ１が変動し
たり、ノズル入口絶対温度Ｔを変更する必要が生じたり
、あるいは、タービン３Ｃのヒ流側の排ガスの一部を大
気に直接放出する必要が生したりすることがないように
プログラムしである。しかし、温度変化の時間遅れ等種
々の条件変化によって、負荷指令によるノズル開度変更
時にシステム背圧が、予め設定した一定範囲の値から外
れることがある。この場合には、演算器３８の働きによ
り前記負荷指令による制御を一時的に中断し、ノズル開
度を圧力コントローラ３７による制御により修正してシ
ステム背圧Ｐ７を一定範囲内の値に戻すように作動する
。すなわち、負荷指令によるノズル開度の制御は、シス
テム背圧が一定範囲に維持されていることを確認しつつ
行なわれる。このとき、圧力コントローラ６の制御動作
により大気開放弁４のｙ４整すなわち大気への開放風量
の制御が行われ、コンプレッサ吐出圧か常に一定に維持
される。

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、吐出圧力の制御を圧力コントローラ３４に
移すとともに圧力コントローラ３７によるシステム背圧
Ｐ２の常時フィードバック制御を再開させ、さらに、演
算器３５によって大気開放弁４の開度を現在の開度から
除々に絞り込んで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
システムのエネルキ損失を最小にするためのものであり
、大気開放弁４の絞り込みはターボ圧縮機１３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と
ともに、システム背圧Ｐ　ｘは圧力コントローラ３７に
よるノズル開度調整により一定値に制御される。大気開
放弁４を絞り込んだ後は負荷定常時の状態に戻る。

ちなみに、第３図は、本実施例による負荷変動時のター
ボ圧縮機のプロセス華の変化を表わしたものであり１時
刻Ｌ１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ンステム排カスに助燃炉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ａ３の回転数が増加する。この時システム空気流ＭＦ
４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による圧力一定制御が（動き過
剰空気量をコンプレンサ吐出大気開放空気Ｍ　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Ｐ１が一定に維持される。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、１ｉ、量調節弁
７を開成させてシステム空気流量Ｆ４を負荷指令に基く
目標値まで増加させるととともに、ターボ圧縮器３のタ
ービン３ａのノズル開度Ｓ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２）！Ｊ！さ
れＦｌが変化するｅＦ４が目標値に達した時点（時刻ｔ
χ）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Ｊｉ１５１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とと
５に、圧力コントローラ３７によりシステム背圧Ｐ７を
一定に維持するフィード／へツタ制御が再開される。こ
の後、演算器３５からの指令で大気開放弁４の漸開動作
が行われ、大気開放弁４が完全に絞り込まれた時点（時
刻ｔｚ）が第２次（最終）整定時点となる。ｔ？からｔ
ｌに至る過程ではＰｌの一定制御動作を介して助熔炉燃
料流量Ｆ１を絞り込む方向での制御が行われる。

なお、負荷変動時の制′ａ態様は、前記実施例のものに
限定されないのは勿論であり、木発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形が可能である。

（発明の効果］ 木発明は、以上のような構成であるから、次のような効
果が得られる。

（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。

（ｂ）そして、コンプレッサ吐出圧力を常時一定の値に
保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一定
に維持しておくことが可能となり、前述したようなカス
漏洩による電池の特性劣化等を招くことがない。

（Ｃ）また、負荷か一定している際には、大気開放弁を
全閉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）しかも、この方式では、定常運転時に、タービン
のノズル開度をフィード／ヘンク制御により：調節する
ことによってシステム背圧を常時一定に維持するように
しているので、前述したクロスオーバ現象を招いたり、
圧力変動により改質器の燃焼が不安定になるという不都
合を確実に解消できるのは勿論であり、さらに、助燃炉
の燃焼量を減少させて経済的な運転を行なうことができ
るという潰れた効果が得られる。

これを、前記実施例に基いて、具体的に説明すれば、次
のようである。すなわち、システム空気流量を制御する
流量調節弁７や大気開放弁４等が一定の開度にセットさ
れて定常運転が行なわれている状態で１周囲条件が変化
し、例えば、大気温間が上昇したとする。その結果、シ
ステム力〜もの放熱量が下がり、その分排ガス温度が五
がってタービン人口温度が上昇する。そうすると、ター
ビンパワーが増加し、ターボ圧縮器３の作動速度”″７
°（Ｄ　ｙ　７’　Ｉｙ　ｙ″″ｆｆ１ＥＥｅＵＪ！：
”（ｔ？ＪＯｔ６　　　　！ことになり、システム背圧
Ｐｉも上昇し始める。

このとき、助燃炉の燃焼量を減少させることのみによっ
ても、エネルギのコントロールを行なうことができるが
、さらに、ノズル開度を開成方向へ変化させることによ
、ってシステム背圧を一定に制御すると、より経済的な
運転が可能となる。すなわち、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）１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プロセス量の変動に対
処しようとする場合には、助燃炉２７の燃焼量を十分に
絞り込むことができない場合が生じるが、ノズル開度Ｓ
を同時に制御すれば所要のタービン動力を確保しつつ助
燃炉２７の燃焼量をより絞り込むことが可能となり２、
エネルギを節約することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すシステム説明図、第２図は本発明
の一パ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・・・空気極 １ｂ・・・燃料極 ２・・・改質器 ３・・・ターボ圧縮機 ３ａ・・・タービン ３ｂ・・嗜コンプレッサ ３Ｃ・・・ノズル ４・・・大気開放弁 １０・・・コンプレッサ吐出配管 １３・１１＠システム排ガス配管 １４・・・大気開放配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、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
   備してなり、システムの定常運転時は前記大気開放弁を
   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
   プレッサ吐出圧力一定のフィードバック制御で行ない、
   また、システム負荷変動時には助燃炉の燃焼制御をプロ
   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
   ドバック制御を行わせるようにした燃料電池発電システ
   ムの制御方式であって、さらに、定常運転時に、前記タ
   ービンのノズル開度をシステム背圧が一定になるように
   フィードバック制御するようにしたことを特徴とする燃
   料電池発電システムの制御方式。