JPS63195334A - 燃料電池発電システム - 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〕 この発明はシステムからの排ガスエネルギーをターボ／
の駆動力に利用しターボ／と同軸上に投置されたコンプ
レッサによりシステムが必要とする空気を供給するター
ボコンプレッサシステムに関するものである。

〔従来の技術〕

この種のターボコンプレッサシステムの排カスエネルギ
ーを無駄に捨てることなく、システム内で有効にエネル
ギー回収を図るものであるが、その代表的なものとして
燃料電池発電システムがある。以ドー例としてこの燃料
電池発電システムについて説明する。

燃料ｔａ発電システムは、従来の汽力発電に比べ高効率
が期待できること、環境保全性が良い等の利点があり、
実用化８目指し近年盛んに開発が進められている。燃料
を池発電システムは、空気極、燃料極及び電解質層から
成る燃料゛ル池本体と。

天然ガス等の炭化水素系燃料を改質して燃料Ｘａ本体に
燃料となる水素ガスを供給する改質器と。

燃料電池本体及び改質器に空気を供給するターボコンプ
レッサを備えている。燃料電池本体の性能は反応ガスの
圧力の増大によって向上する傾向を示し、このため燃料
、空気、各反応ガスの動作圧力は例えば４〜６　ｋＩｉ
ｌＣｄｔ　Ｇ程度に加圧維持される。

このとき、空気の圧縮には多大の動力を必要とするが、
この動力は改質器からの燃料排ガス及び燃料１池本体の
空気極からの余剰空気を導入するターボコンプレッサの
タービンにより賄われる。即ち、このターボコンプレッ
サは、システムの排ガスエネルギーをタービンで回収し
、同軸上のコンプレッサで必要な圧縮空気を供給するこ
とによって７ステム内部で動力を回収し、システム効率
の向上を図るものである。

さて、このような燃料１１Ｌ池発電システムにおいて、
燃料′４池本体へ供給する圧縮空気の圧力は。

燃料電池本体の特性維持の点から、及び燃料側の圧力と
の差圧を抑え両極間のガスリーク、°即ち。

クロスオーバー現象を防ぐため一定値に保つ制御が要求
される。

この具体的な従来の方法としで１例えば特開昭６１−８
０７６５号公報に提案されているものがあり、その構成
１１ｇ２図に示す。図において、Ｃ１）は例えば燃料電
池本体、改質器等で構成されるシステム。

（２）はシステム１１）からの排ガスによって駆動され
システム（１，）に必要な圧縮空気を供給するターピノ
（２ａ）とこのタービン（２ａ）と同軸上に配置された
コンプレッサＣ２ｂ）とから成るターボコンプレッサ、
（３）はコンプレッサ（２ｂ）の出口側に設置されコン
プレッサ（２ｂ）からの空気をシステム（１）に供給す
るための空気供給配管、（４）はこの空気供給配管（３
）に設置されコンプレッサ（２ｂ）の吐出圧を検出する
圧力検出器、Ｃ５）はシステム［１）からの排ガスをタ
ービン（２ａ）へ導くシステム排ガス配管、（６）はタ
ービン動力の不足を補うためにシステム排ガス配管（５
）の途上に設置された補助燃焼器、（７）はこの補助燃
焼器（６）（こ燃料を導いて供給する燃料配管、（８）
はこの燃料配管（１）に設置され・た流量制御弁、（９
）は燃料配管（１）内を流れる燃料流ｔ８検出し流量制
園弁（８）を調節する流量コントローラ、ＱＱは空気供
給配管（３）乃１ら分肢して補助燃焼器（６）に接続さ
れた空気配管、（ロ）はこの空気配管αＱに設置された
流量制御弁、（ロ）は空気配管ＧＱＰｇを流れる空気流
量を検出して流量制御弁（６）を調節する流量コントロ
ーラ、ＣＩは圧力検出器（４）によって検出されたコン
プレッサ（２ｂ）の吐出空気圧力に応じて流量コントロ
ーラ（９）及び流量コントローラ（６）に対する制御信
号を与える圧力コントローラである。

次いで上記のように構成された従来システムの動作につ
いて説明する。通常、燃料を池発電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。タービン動力の不足は特に部分負荷に２
いて顕著であるため。

このようなタービン動力の不足を補うために補助燃焼器
（６）が設置されている。タービン動力の不足によりコ
ン７゛レンサ（２ｂ）の吐出空気圧力が低下した場合、
あるいはシステム（１）への供給空気流量の変化システ
ム排ガス流量・温度の変化、コンプレッサ（２ｂ）の吸
い込み条件の変化等によりコンプレッサ（２ｂ）の吐出
空気圧力が変動した場合には、圧力コントローラ（至）
によって圧力検出器（４）（こより検出される圧力が目
標の一定値になるよう補助燃焼器（６）の燃焼ｔを流量
コントローラ（ｊ）、（６）を通じて制御することζこ
より、タービン動力の不足分を補い。

吐出空気圧力を一定に保つ。これにより燃料′ｉ１！池
本体和本体して圧縮空気を供給することができ。

さらに燃料側の圧力との差圧を抑えクロスオーバを防止
することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のターボコンプレッサシステムは以上のように構成
されているので、制御弁、コントローラの数が多くシス
テムが複雑になり、さらに補助燃焼−制御に依るため制
御応答の連応性に欠け２また補助燃焼器に与えられた燃
焼エネルギーはその一部しかタービン動力として回収さ
れないのでシステムの熱効率が低ドする等の欠点があっ
た。

この発明は上記のような欠点を解消するためになされた
もので、簡潔でシステムの熱効率が高く。

しかも制御応答性の良い、ターボコンプレッサシステム
の制御方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のターボコンプレッサシステムは補助燃焼器を
設置する代わりに、コンプレッサ入口側配管に圧縮空気
供給装置を備え、この圧縮空気供給装置の動力の制＠を
行うことによりターボコンプレッサの不足動力を補うよ
うにしたものである。

〔作用〕

この発明のターボコンプレッサシステムは、タービン動
力の不足分を補助燃焼器の燃焼により補うのではなく、
圧縮空気供給装置での昇圧により補うので、エネルギー
ロスが少なく熱効率が改善される。また、圧縮空気供給
装置の供給空気圧力をコントロールすることによりコン
プレッサの吐出空気圧力を一定に制御するので、補助燃
ｍ器ｌこよる燃焼量制御に比べ、制御応答性が改善され
る。

〔発明の実施例〕

以Ｆ、この発明の一実施例８第１図Ｉζ基いて説明する
。図において、Ｃ１）〜（５）は第２図に示す従来構成
と同じものである。α◆はコンプレッサ（２ｂ）の入口
側に設置されたブロワ、’ｇ動コングレンサ等の圧縮空
気供給装置、（ト）は圧力検出器＋４）によって検出さ
れたコンプレッサ（２ｂ）の吐出空気圧力に応じて圧縮
空気供給装置α４の吐出空気圧力を制御する圧力コント
ローラを示す。

次いで動作について説明する。先にも述べたように燃料
′＃ＩＬａ発電システムに３いては１通常、タービン動
力はコングレンサ必要動力に対し不足するため、タービ
ン動力の不足を何らかの方法により補い、かつ、コンプ
レッサ（２ｂ）の吐出空気圧力を一定に維持する必要が
ある。この発明においては、タービン動力の不足を補う
ために、コンプレッサ（２ｂ）の人口側に圧縮空気供給
装置（ロ）が設置される。この圧ａ空気供給装置α場か
ら昇圧された空気をコンプレッサ（２ｂ）に供給するこ
とによりタービン動力の不足を補うことができる。コン
プレッサ（２ｂ）の吐出空気圧力の一定制御は、ＦＥ縮
空気供給装置α尋の供給空気圧力を制御することにより
行→。即ち、コンプレッサ〔２ｂ〕の吐出９気圧力が変
動した場合には、圧力コントローラ（イ）ｉこよって圧
力検出器（４）ｆこより検出される圧力が設定値になる
よう圧縮空気供給装置α４の供給空気圧力を制御するこ
とにより、コンプレッサ（２ｂ）の吐出空気圧力を一定
に保つ。具体的には、圧縮空気供給装置α尋としてはブ
ロワ、電動コンプレッサが、圧力コントローラ（至）と
しては電源周波数を変化させることでブロワあるいは電
動コンプレッサの回転数をコントａ−ルするＶＶＶＦコ
ントａ−ラが考えられる。

以上のように、コンプレクサ（２ｂ）の吐出空気圧力の
一定制御を圧縮空気供給装置α４の供給空気圧力制御（
ブロワあるいは電動コンプレッサの吐出圧力制御）によ
って行っているので、補助燃焼器（６）の燃焼量制御の
ように熱量を制御対象とする従来方式に比べ制御応答性
に優れている。韮た。システム熱効率の面からも、ター
とン動力の不足を補助燃焼器（６）の燃焼により補う従
来方式に比べ。

エネルギーロスが少なく、システム熱効率の同上を図る
ことができる。これは、補助燃焼器の燃焼方式の場合に
は投入エネルギーの一部しかタービン動力として回収さ
れず、大部分は排ガスのエネルギーとして系外に放出さ
れることによる。

〔発明の効果］ この発明は以上のように、コンプレッサの入口側に圧縮
空気供給装置を設置し、この圧縮空気供給装置から昇圧
された空気を供給するようにしたので、制御応答性の良
いターボコンプレッサ吐出空気圧カ一定制御を実現でき
る。また補助燃焼器を備えた従来方式に比ベエネルギー
ロスが少なくシステム熱効率の向上を図ることができ、
かつ。

弁類・コントローラの数が少なく簡素化されたシステム
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

Ｉｆｉ１図はこの発明の一実施例１ζよるターボコアダ
ンノナシステムを示す系統図、第２図は従来のターボコ
アダンノナシステムを示す系統図である。 図においで、ＣＩ）はシステム、（２）はターボコンプ
レッサ、　　（２ａ）はタービン、（２ｂ）はコンプレ
ッサ。 α祷は圧縮空気供給装置である。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）システムからの排ガスにより駆動されるタービン
   とこのタービンと同軸上に直結された上記システムに必
   要な圧縮空気を供給するコンプレッサとから成るターボ
   コンプレッサのコンプレッサ入口側配管に圧縮空気供給
   装置を備えたターボコンプレッサシステムにおいて、上
   記コンプレッサに上記圧縮空気供給装置により昇圧され
   た空気を供給して上記タービンの不足動力を補うことを
   特徴とするターボコンプレッサシステム。
2. （２）圧縮空気供給装置は電動コンプレッサであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のターボコンプ
   レッサシステム。
3. （３）圧縮空気供給装置はブロワであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のターボコンプレッサシス
   テム。