KR20220035237A - 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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야스시 이와이
기미 고도
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

안정적으로 차압 제어를 행함과 함께 구성을 간소화할 수 있는 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 연료 전지 시스템(310)은, 연료 전지(313)와, 터보차저(411)와, 배기 연료 가스 라인(343)과, 배기 산화성 가스 라인(333)과, 연소기(422)로부터 배출된 연소 가스를 터빈(423)으로 공급하는 연소 가스 공급 라인(328)과, 압축기(421)로 압축한 산화성 가스(A2)를 공기극(113)으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인(331)과, 배기 연료 가스 라인(343)에 마련된 조정 밸브(347)와, 조정 밸브(347)를 제어하여 연료 전지(313)에 있어서의 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력의 차압을 제어하는 제어 장치(20)를 구비하고, 배기 산화성 가스 라인(333)에는, 배기 산화성 가스(A3)를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않다.

Description

연료 전지 시스템 및 그 제어 방법
본 개시는, 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
연료 가스와 산화성 가스를 화학 반응시킴으로써 발전하는 연료 전지는, 우수한 발전 효율 및 환경 대응 등의 특성을 갖고 있다. 이 중, 고체 산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: 이하 "SOFC"라고 한다)는, 전해질로서 지르코니아 세라믹스 등의 세라믹스가 이용되며, 수소, 도시 가스, 천연 가스, 석유, 메탄올, 및 탄소 함유 원료를 가스화 설비에 의하여 제조한 가스화 가스 등의 가스 등을 연료 가스로서 공급하여, 대략 700℃~1000℃의 고온 분위기에서 반응시켜 발전을 행하고 있다. (예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3, 및 특허문헌 4)
일본 공개특허공보 2013-211265호 일본 공개특허공보 2016-95940호 일본 공개특허공보 2018-32472호 일본 특허공보 제6591112호
SOFC는, 내연 기관과 조합함으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 예를 들면 가스 터빈(예를 들면 마이크로 가스 터빈)과 조합하는 것이 있다. SOFC는, 연료극과 공기극의 차압 상태를 적절히 유지할 필요가 있다. 그러나, SOFC를 마이크로 가스 터빈과 조합하는 발전 시스템이 어떠한 이유에서 트립을 발생한 경우에는, 마이크로 가스 터빈의 발전기가 무부하가 되어, 마이크로 가스 터빈의 보호 대책이 필요한 경우가 있다. 이 때문에, 트립 발생 시에 대비하여, SOFC의 공기극로부터 배출된 배기 산화성 가스를 대기(계 외)로 방출하는 배출 계통 및 차단 밸브 등을 마련할 필요가 있다. 그러나, 차단 밸브는 고가의 기기임과 함께, 공기극과 연료극의 차압이 소정 값 이내가 되는 것 같은 제어가 필요하다. 이 때문에, SOFC를 포함하는 시스템에 있어서, 안정된 운전 상태를 유지하면서, 구성을 간소화할 것이 요망되고 있다.
본 개시는, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 안정적으로 차압 제어를 행함과 함께 구성을 간소화할 수 있는 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 제1 양태는, 공기극과 연료극을 갖는 연료 전지와, 터빈 및 압축기를 갖는 터보차저와, 상기 연료 전지로부터 배출된 배기 연료 가스를 연소기로 공급하는 배기 연료 가스 라인과, 상기 연료 전지로부터 배출된 배기 산화성 가스를 상기 연소기로 공급하는 배기 산화성 가스 라인과, 상기 연소기로부터 배출된 연소 가스를 상기 터빈으로 공급하는 연소 가스 공급 라인과, 상기 터빈의 회전 구동에 의하여 상기 압축기로 압축한 산화성 가스를 상기 공기극으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인과, 상기 배기 연료 가스 라인에 마련된 조정 밸브와, 상기 조정 밸브를 제어하여 상기 연료 전지에 있어서의 상기 공기극의 압력과 상기 연료극의 압력의 차압을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 배기 산화성 가스 라인에는, 배기 산화성 가스를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않은 연료 전지 시스템이다.
본 개시의 제2 양태는, 공기극과 연료극을 갖는 연료 전지와, 터빈 및 압축기를 갖는 터보차저와, 상기 연료 전지로부터 배출된 배기 연료 가스를 연소기로 공급하는 배기 연료 가스 라인과, 상기 연료 전지로부터 배출된 배기 산화성 가스를 상기 연소기로 공급하는 배기 산화성 가스 라인과, 상기 연소기로부터 배출된 연소 가스를 상기 터빈으로 공급하는 연소 가스 공급 라인과, 상기 터빈의 회전 구동에 의하여 상기 압축기로 압축한 산화성 가스를 상기 공기극으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인과, 상기 배기 연료 가스 라인에 마련된 조정 밸브를 구비하고, 상기 배기 산화성 가스 라인에는, 배기 산화성 가스를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않은 연료 전지 시스템의 제어 방법으로서, 상기 조정 밸브를 제어하여 상기 연료 전지에 있어서의 상기 공기극의 압력과 상기 연료극의 압력의 차압을 제어하는 제어 방법이다.
본 개시에 의하면, 안정적으로 차압 제어를 행함과 함께 구성을 간소화할 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 관한 셀 스택의 예를 나타내는 도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시형태에 관한 SOFC 모듈의 예를 나타내는 도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시형태에 관한 SOFC 카트리지의 예를 나타내는 도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시형태에 관한 연료 전지 시스템의 개략 구성을 나타낸 도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시형태에 관한 촉매 연소기의 구성예를 나타낸 도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시형태에 관한 제어 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타낸 도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시형태에 관한 차압 제어 처리의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 8은 본 개시의 일 실시형태에 관한 이상 처리의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 9는 본 개시의 일 실시형태에 관한 차압 제어 처리의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다.
이하에, 본 개시에 관한 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법의 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
이하에 있어서는, 설명의 편의상, 지면(紙面)을 기준으로 하여 "상" 및 "하"의 표현을 이용하여 설명한 각 구성 요소의 위치 관계는, 각각 연직 상방 측, 연직 하방 측을 나타내는 것이며, 연직 방향은 엄밀하지 않고 오차를 포함하는 것이다. 본 실시형태에서는, 상하 방향과 수평 방향에서 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은, 지면에 있어서의 상하 방향이 반드시 연직 상하 방향에 한정되지 않고, 예를 들면 연직 방향에 직교하는 수평 방향에 대응해도 된다.
이하에 있어서는, 고체 산화물형 연료 전지(SOFC)의 셀 스택으로서 원통형(통 형상)을 예로서 설명하지만, 반드시 이에 한정할 필요는 없고, 예를 들면 평판형의 셀 스택이어도 된다. 기체(基體) 상에 연료 전지 셀을 형성하지만, 기체가 아니라 전극(연료극(109) 혹은 공기극(113))이 두껍게 형성되어, 기체를 겸용한 것이어도 된다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 실시형태에 관한 일례로서, 기체관을 이용하는 원통형 셀 스택에 대하여 설명한다. 기체관을 이용하지 않는 경우는, 예를 들면 연료극(109)을 두껍게 형성하여 기체관을 겸용해도 되고, 기체관의 사용에 한정되는 경우는 없다. 본 실시형태에서의 기체관은 원통 형상을 이용한 것으로 설명하지만, 기체관은 통 형상이면 되며, 반드시 단면이 원형에 한정되지 않고, 예를 들면 타원 형상이어도 된다. 원통의 둘레 측면을 수직으로 눌러 찌그러뜨린 편평 원통(Flat tubular) 등의 셀 스택이어도 된다. 여기에서, 도 1은, 본 실시형태에 관한 셀 스택의 일 양태를 나타내는 것이다. 셀 스택(101)은, 일례로서 원통 형상의 기체관(103)과, 기체관(103)의 외주면에 복수 형성된 연료 전지 셀(105)과, 이웃하는 연료 전지 셀(105)의 사이에 형성된 인터커넥터(107)를 구비한다. 연료 전지 셀(105)은, 연료극(109)과 고체 전해질막(111)과 공기극(113)이 적층되어 형성되어 있다. 셀 스택(101)은, 기체관(103)의 외주면에 형성된 복수의 연료 전지 셀(105) 중, 기체관(103)의 축방향에 있어서 가장 끝의 일단에 형성된 연료 전지 셀(105)의 공기극(113)에, 인터커넥터(107)를 개재하여 전기적으로 접속된 리드막(115)을 구비하고, 가장 끝의 타단에 형성된 연료 전지 셀(105)의 연료극(109)에 전기적으로 접속된 리드막(115)을 구비한다.
기체관(103)은, 다공질 재료로 이루어지고, 예를 들면, CaO 안정화 ZrO2(CSZ), CSZ와 산화 니켈(NiO)의 혼합물(CSZ+NiO), 또는 Y2O3 안정화 ZrO2(YSZ), 또는 MgAl2O4 등을 주성분으로 한다. 이 기체관(103)은, 연료 전지 셀(105)과 인터커넥터(107)와 리드막(115)을 지지함과 함께, 기체관(103)의 내주면에 공급되는 연료 가스를 기체관(103)의 미세 구멍을 개재하여 기체관(103)의 외주면에 형성되는 연료극(109)에 확산시키는 것이다.
연료극(109)은, Ni와 지르코니아계 전해질 재료의 복합재의 산화물로 구성되며, 예를 들면, Ni/YSZ가 이용된다. 연료극(109)의 두께는 50㎛~250㎛이며, 연료극(109)은 슬러리를 스크린 인쇄하여 형성되어도 된다. 이 경우, 연료극(109)은, 연료극(109)의 성분인 Ni가 연료 가스에 대하여 촉매 작용을 구비한다. 이 촉매 작용은, 기체관(103)을 통하여 공급된 연료 가스, 예를 들면, 메테인(CH4)과 수증기의 혼합 가스를 반응시켜, 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 개질하는 것이다. 연료극(109)은, 개질에 의하여 얻어지는 수소(H2) 및 일산화탄소(CO)와, 고체 전해질막(111)을 통하여 공급되는 산소 이온(O2-)을 고체 전해질막(111)과의 계면 부근에 있어서 전기 화학적으로 반응시켜 물(H2O) 및 이산화탄소(CO2)를 생성하는 것이다. 연료 전지 셀(105)은, 이때, 산소 이온으로부터 방출되는 전자에 의하여 발전한다.
고체 산화물형 연료 전지의 연료극(109)에 공급하여 이용할 수 있는 연료 가스로서는, 수소(H2) 및 일산화탄소(CO), 메테인(CH4) 등의 탄화 수소계 가스, 도시 가스, 천연 가스 외에, 석유, 메탄올, 및 석탄 등의 탄소 함유 원료를 가스화 설비에 의하여 제조한 가스화 가스 등을 들 수 있다.
고체 전해질막(111)은, 가스를 통과시키기 어려운 기밀성과, 고온에서 높은 산소 이온 도전성을 구비하는 YSZ가 주로 이용된다. 이 고체 전해질막(111)은, 공기극(113)에서 생성되는 산소 이온(O2-)을 연료극(109)으로 이동시키는 것이다. 연료극(109)의 표면 상에 위치하는 고체 전해질막(111)의 막두께는 10㎛~100㎛이며 고체 전해질막(111)은 슬러리를 스크린 인쇄하여 형성되어도 된다.
공기극(113)은, 예를 들면, LaSrMnO3계 산화물, 또는 LaCoO3계 산화물로 구성되며, 공기극(113)은 슬러리를 스크린 인쇄 또는 디스펜서를 이용하여 도포된다. 이 공기극(113)은, 고체 전해질막(111)과의 계면 부근에 있어서, 공급되는 공기 등의 산화성 가스 중의 산소를 해리시켜 산소 이온(O2-)을 생성하는 것이다.
공기극(113)은 2층 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 고체 전해질막(111) 측의 공기극층(공기극 중간층)은 높은 이온 도전성을 나타내며, 촉매 활성이 우수한 재료로 구성된다. 공기극 중간층 상의 공기극층(공기극 도전층)은, Sr 및 Ca 도프 LaMnO3으로 나타나는 페로브스카이트형 산화물로 구성되어도 된다. 이렇게 함으로써, 발전 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
산화성 가스란, 산소를 대략 15%~30% 포함하는 가스이며, 대표적으로는 공기가 적합하지만, 공기 이외에도 연소 배기가스와 공기의 혼합 가스나, 산소와 공기의 혼합 가스 등이 사용 가능하다.
인터커넥터(107)는, SrTiO3계 등의 M1-xLxTiO3(M은 알칼리 토류 금속 원소, L은 란타노이드 원소)으로 나타나는 도전성 페로브스카이트형 산화물로 구성되며, 슬러리를 스크린 인쇄한다. 인터커넥터(107)는, 연료 가스와 산화성 가스가 혼합되지 않도록 치밀한 막으로 되어 있다. 인터커넥터(107)는, 산화 분위기와 환원 분위기의 양(兩) 분위기하에서 안정된 내구성과 전기 도전성을 구비한다. 이 인터커넥터(107)는, 이웃하는 연료 전지 셀(105)에 있어서, 일방의 연료 전지 셀(105)의 공기극(113)과 타방의 연료 전지 셀(105)의 연료극(109)을 전기적으로 접속하고, 이웃하는 연료 전지 셀(105)끼리를 직렬로 접속하는 것이다.
리드막(115)은, 전자 전도성을 구비하는 것, 및 셀 스택(101)을 구성하는 다른 재료와의 열팽창 계수가 가까운 것이 필요한 점에서, Ni/YSZ 등의 Ni와 지르코니아계 전해질 재료의 복합재나 SrTiO3계 등의 M1-xLxTiO3(M은 알칼리 토류 금속 원소, L은 란타노이드 원소)으로 구성되어 있다. 이 리드막(115)은, 인터커넥터(107)에 의하여 직렬로 접속되는 복수의 연료 전지 셀(105)로 발전된 직류 전력을 셀 스택(101)의 단부(端部) 부근까지 도출하는 것이다.
연료극(109), 고체 전해질막(111) 및 인터커넥터(107)의 슬러리의 막이 형성된 기체관(103)을, 대기 중에서 공소결(共燒結)한다. 소결 온도는, 구체적으로 1350℃~1450℃가 된다.
다음으로, 공소결된 기체관(103) 상에, 공기극(113)의 슬러리의 막이 형성된 기체관(103)이, 대기 중에서 소결된다. 소결 온도는, 구체적으로 1100℃~1250℃가 된다. 여기에서의 소결 온도는, 기체관(103)~인터커넥터(107)를 형성한 후의 공소결 온도보다 저온이 된다.
다음으로, 도 2와 도 3을 참조하여 본 실시형태에 관한 SOFC 모듈 및 SOFC 카트리지에 대하여 설명한다. 여기에서, 도 2는, 본 실시형태에 관한 SOFC 모듈의 일 양태를 나타내는 것이다. 도 3은, 본 실시형태에 관한 SOFC 카트리지의 일 양태의 단면도를 나타내는 것이다.
SOFC 모듈(연료 전지 모듈)(201)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 복수의 SOFC 카트리지(연료 전지 카트리지)(203)와, 이들 복수의 SOFC 카트리지(203)를 수납하는 압력 용기(205)를 구비한다. 도 2에는 원통형의 SOFC의 셀 스택(101)을 예시하고 있지만, 반드시 이에 한정할 필요는 없고, 예를 들면 평판형의 셀 스택이어도 된다. SOFC 모듈(201)은, 연료 가스 공급관(207)과 복수의 연료 가스 공급 지관(枝管)(207a) 및 연료 가스 배출관(209)과 복수의 연료 가스 배출 지관(209a)을 구비한다. SOFC 모듈(201)은, 산화성 가스 공급관(도시하지 않음)과 산화성 가스 공급 지관(도시하지 않음) 및 산화성 가스 배출관(도시하지 않음)과 복수의 산화성 가스 배출 지관(도시하지 않음)을 구비한다.
연료 가스 공급관(207)은, 압력 용기(205)의 외부에 마련되고, SOFC 모듈(201)의 발전량에 대응하여 소정 가스 조성과 소정 유량의 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급부에 접속됨과 함께, 복수의 연료 가스 공급 지관(207a)에 접속되어 있다. 이 연료 가스 공급관(207)은, 상술한 연료 가스 공급부로부터 공급되는 소정 유량의 연료 가스를, 복수의 연료 가스 공급 지관(207a)으로 분기하여 유도하는 것이다. 연료 가스 공급 지관(207a)은, 연료 가스 공급관(207)에 접속됨과 함께, 복수의 SOFC 카트리지(203)에 접속되어 있다. 이 연료 가스 공급 지관(207a)은, 연료 가스 공급관(207)으로부터 공급되는 연료 가스를 복수의 SOFC 카트리지(203)에 대략 균등한 유량으로 유도하여, 복수의 SOFC 카트리지(203)의 발전 성능을 대략 균일화시키는 것이다.
연료 가스 배출 지관(209a)은, 복수의 SOFC 카트리지(203)에 접속됨과 함께, 연료 가스 배출관(209)에 접속되어 있다. 이 연료 가스 배출 지관(209a)은, SOFC 카트리지(203)로부터 배출되는 배기 연료 가스를 연료 가스 배출관(209)으로 유도하는 것이다. 연료 가스 배출관(209)은, 복수의 연료 가스 배출 지관(209a)에 접속됨과 함께, 일부가 압력 용기(205)의 외부에 배치되어 있다. 이 연료 가스 배출관(209)은, 연료 가스 배출 지관(209a)으로부터 대략 균등한 유량으로 도출되는 배기 연료 가스를 압력 용기(205)의 외부로 유도하는 것이다.
압력 용기(205)는, 내부의 압력이 0.1MPa~약 3MPa, 내부의 온도가 대기 온도~약 550℃에서 운용되기 때문에, 내력성과 산화성 가스 중에 포함되는 산소 등의 산화제에 대한 내식성을 보유하는 재질이 이용된다. 예를 들면 SUS304 등의 스테인리스계재가 적합하다.
여기에서, 본 실시형태에 있어서는, 복수의 SOFC 카트리지(203)가 집합화되어 압력 용기(205)에 수납되는 양태에 대하여 설명하고 있지만, 이것에 한정되지 않으며 예를 들면, SOFC 카트리지(203)가 집합화되지 않고 압력 용기(205) 내에 수납되는 양태로 할 수도 있다.
SOFC 카트리지(203)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 셀 스택(101)과, 발전실(215)과, 연료 가스 공급 헤더(217)와, 연료 가스 배출 헤더(219)와, 산화성 가스(공기) 공급 헤더(221)와, 산화성 가스 배출 헤더(223)를 구비한다. SOFC 카트리지(203)는, 상부 관판(管板)(225a)과, 하부 관판(225b)과, 상부 단열체(227a)과, 하부 단열체(227b)를 구비한다. 본 실시형태에 있어서는, SOFC 카트리지(203)는, 연료 가스 공급 헤더(217)와 연료 가스 배출 헤더(219)와 산화성 가스 공급 헤더(221)와 산화성 가스 배출 헤더(223)가 도 3과 같이 배치됨으로써, 연료 가스와 산화성 가스가 셀 스택(101)의 내측과 외측을 대향하여 흐르는 구조로 되어 있지만, 반드시 이럴 필요는 없고, 예를 들면, 셀 스택(101)의 내측과 외측을 평행하여 흐르거나, 또는 산화성 가스가 셀 스택(101)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 흐르도록 해도 된다.
발전실(215)은, 상부 단열체(227a)와 하부 단열체(227b)의 사이에 형성된 영역이다. 이 발전실(215)은, 셀 스택(101)의 연료 전지 셀(105)이 배치된 영역이며, 연료 가스와 산화성 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 발전을 행하는 영역이다. 이 발전실(215)의 셀 스택(101) 길이 방향의 중앙부 부근에서의 온도는, 온도 계측부(온도 센서나 열전대 등)에서 감시되며, SOFC 모듈(201)의 정상 운전 시에, 대략 700℃~1000℃의 고온 분위기가 된다.
연료 가스 공급 헤더(217)는, SOFC 카트리지(203)의 상부 케이싱(229a)과 상부 관판(225a)에 둘러싸인 영역이며, 상부 케이싱(229a)의 상부에 마련된 연료 가스 공급 구멍(231a)에 의하여, 연료 가스 공급 지관(207a)과 연통되어 있다. 복수의 셀 스택(101)은, 상부 관판(225a)과 시일 부재(237a)에 의하여 접합되어 있고, 연료 가스 공급 헤더(217)는, 연료 가스 공급 지관(207a)으로부터 연료 가스 공급 구멍(231a)을 통하여 공급되는 연료 가스를, 복수의 셀 스택(101)의 기체관(103)의 내부에 대략 균일 유량으로 유도하여, 복수의 셀 스택(101)의 발전 성능을 대략 균일화시키는 것이다.
연료 가스 배출 헤더(219)는, SOFC 카트리지(203)의 하부 케이싱(229b)과 하부 관판(225b)에 둘러싸인 영역이며, 하부 케이싱(229b)에 구비된 연료 가스 배출 구멍(231b)에 의하여, 도시하지 않은 연료 가스 배출 지관(209a)과 연통되어 있다. 복수의 셀 스택(101)은, 하부 관판(225b)과 시일 부재(237b)에 의하여 접합되어 있고, 연료 가스 배출 헤더(219)는, 복수의 셀 스택(101)의 기체관(103)의 내부를 통과하여 연료 가스 배출 헤더(219)에 공급되는 배기 연료 가스를 집약하며, 연료 가스 배출 구멍(231b)을 통하여 연료 가스 배출 지관(209a)으로 유도하는 것이다.
SOFC 모듈(201)의 발전량에 대응하여 소정 가스 조성과 소정 유량의 산화성 가스를 산화성 가스 공급 지관으로 분기하여, 복수의 SOFC 카트리지(203)로 공급한다. 산화성 가스 공급 헤더(221)는, SOFC 카트리지(203)의 하부 케이싱(229b)과 하부 관판(225b)과 하부 단열체(227b)에 둘러싸인 영역이며, 하부 케이싱(229b)의 측면에 마련된 산화성 가스 공급 구멍(233a)에 의하여, 도시하지 않은 산화성 가스 공급 지관과 연통되어 있다. 이 산화성 가스 공급 헤더(221)는, 도시하지 않은 산화성 가스 공급 지관으로부터 산화성 가스 공급 구멍(233a)을 통하여 공급되는 소정 유량의 산화성 가스를, 후술하는 산화성 가스 공급 간극(235a)을 통하여 발전실(215)로 유도하는 것이다.
산화성 가스 배출 헤더(223)는, SOFC 카트리지(203)의 상부 케이싱(229a)과 상부 관판(225a)과 상부 단열체(227a)에 둘러싸인 영역이며, 상부 케이싱(229a)의 측면에 마련된 산화성 가스 배출 구멍(233b)에 의하여, 도시하지 않은 산화성 가스 배출 지관과 연통되어 있다. 이 산화성 가스 배출 헤더(223)는, 발전실(215)로부터, 후술하는 산화성 가스 배출 간극(235b)을 통하여 산화성 가스 배출 헤더(223)에 공급되는 배기 산화성 가스를, 산화성 가스 배출 구멍(233b)을 통하여 도시하지 않은 산화성 가스 배출 지관으로 유도하는 것이다.
상부 관판(225a)은, 상부 케이싱(229a)의 천판(天板)과 상부 단열체(227a)의 사이에, 상부 관판(225a)과 상부 케이싱(229a)의 천판과 상부 단열체(227a)가 대략 평행이 되도록, 상부 케이싱(229a)의 측판에 고정되어 있다. 또 상부 관판(225a)은, SOFC 카트리지(203)에 구비되는 셀 스택(101)의 개수에 대응한 복수의 구멍을 갖고, 그 구멍에는 셀 스택(101)이 각각 삽입되어 있다. 이 상부 관판(225a)은, 복수의 셀 스택(101)의 일방의 단부를 시일 부재(237a) 및 접착 부재 중 어느 일방 또는 양방을 개재하여 기밀하게 지지함과 함께, 연료 가스 공급 헤더(217)와 산화성 가스 배출 헤더(223)를 격리하는 것이다.
상부 단열체(227a)는, 상부 케이싱(229a)의 하단부에, 상부 단열체(227a)와 상부 케이싱(229a)의 천판과 상부 관판(225a)이 대략 평행이 되도록 배치되며, 상부 케이싱(229a)의 측판에 고정되어 있다. 상부 단열체(227a)에는, SOFC 카트리지(203)에 구비되는 셀 스택(101)의 개수에 대응하여, 복수의 구멍이 마련되어 있다. 이 구멍의 직경은 셀 스택(101)의 외경보다 크게 설정되어 있다. 상부 단열체(227a)는, 이 구멍의 내면과, 상부 단열체(227a)에 삽통된 셀 스택(101)의 외면의 사이에 형성된 산화성 가스 배출 간극(235b)을 구비한다.
이 상부 단열체(227a)는, 발전실(215)과 산화성 가스 배출 헤더(223)를 구획하는 것이며, 상부 관판(225a)의 주위의 분위기가 고온화되어 강도 저하나 산화성 가스 중에 포함되는 산화제에 의한 부식이 증가하는 것을 억제한다. 상부 관판(225a) 등은 인코넬 등의 고온 내구성이 있는 금속 재료로 이루어지지만, 상부 관판(225a) 등이 발전실(215) 내의 고온에 노출되어 상부 관판(225a) 등 내의 온도차가 커짐으로써 열변형되는 것을 방지하는 것이다. 상부 단열체(227a)는, 발전실(215)을 통과하여 고온에 노출된 배기 산화성 가스를, 산화성 가스 배출 간극(235b)을 통과시켜 산화성 가스 배출 헤더(223)로 유도하는 것이다.
본 실시형태에 의하면, 상술한 SOFC 카트리지(203)의 구조에 의하여, 연료 가스와 산화성 가스가 셀 스택(101)의 내측과 외측을 대향하여 흐르는 것으로 되어 있다. 이로써, 배기 산화성 가스는, 기체관(103)의 내부를 통과하여 발전실(215)에 공급되는 연료 가스와의 사이에서 열교환이 이루어지고, 금속 재료로 이루어지는 상부 관판(225a) 등이 좌굴 등의 변형을 하지 않는 온도로 냉각되어 산화성 가스 배출 헤더(223)에 공급된다. 연료 가스는, 발전실(215)로부터 배출되는 배기 산화성 가스와의 열교환에 의하여 승온되어, 발전실(215)에 공급된다. 그 결과, 히터 등을 이용하지 않고 발전에 적합한 온도로 예열 승온된 연료 가스를 발전실(215)에 공급할 수 있다.
하부 관판(225b)은, 하부 케이싱(229b)의 바닥판과 하부 단열체(227b)의 사이에, 하부 관판(225b)과 하부 케이싱(229b)의 바닥판과 하부 단열체(227b)가 대략 평행이 되도록 하부 케이싱(229b)의 측판에 고정되어 있다. 또 하부 관판(225b)은, SOFC 카트리지(203)에 구비되는 셀 스택(101)의 개수에 대응한 복수의 구멍을 갖고, 그 구멍에는 셀 스택(101)이 각각 삽입되어 있다. 이 하부 관판(225b)은, 복수의 셀 스택(101)의 타방의 단부를 시일 부재(237b) 및 접착 부재 중 어느 일방 또는 양방을 개재하여 기밀하게 지지함과 함께, 연료 가스 배출 헤더(219)와 산화성 가스 공급 헤더(221)를 격리하는 것이다.
하부 단열체(227b)는, 하부 케이싱(229b)의 상단부에, 하부 단열체(227b)와 하부 케이싱(229b)의 바닥판과 하부 관판(225b)이 대략 평행이 되도록 배치되며, 하부 케이싱(229b)의 측판에 고정되어 있다. 하부 단열체(227b)에는, SOFC 카트리지(203)에 구비되는 셀 스택(101)의 개수에 대응하여, 복수의 구멍이 마련되어 있다. 이 구멍의 직경은 셀 스택(101)의 외경보다 크게 설정되어 있다. 하부 단열체(227b)는, 이 구멍의 내면과, 하부 단열체(227b)에 삽통된 셀 스택(101)의 외면의 사이에 형성된 산화성 가스 공급 간극(235a)을 구비한다.
이 하부 단열체(227b)는, 발전실(215)과 산화성 가스 공급 헤더(221)를 구획하는 것이며, 하부 관판(225b)의 주위의 분위기가 고온화되어 강도 저하나 산화성 가스 중에 포함되는 산화제에 의한 부식이 증가하는 것을 억제한다. 하부 관판(225b) 등은 인코넬 등의 고온 내구성이 있는 금속 재료로 이루어지지만, 하부 관판(225b) 등이 고온에 노출되어 하부 관판(225b) 등 내의 온도차가 커짐으로써 열변형되는 것을 방지하는 것이다. 하부 단열체(227b)는, 산화성 가스 공급 헤더(221)에 공급되는 산화성 가스를, 산화성 가스 공급 간극(235a)을 통과시켜 발전실(215)로 유도하는 것이다.
본 실시형태에 의하면, 상술한 SOFC 카트리지(203)의 구조에 의하여, 연료 가스와 산화성 가스가 셀 스택(101)의 내측과 외측을 대향하여 흐르는 것으로 되어 있다. 이로써, 기체관(103)의 내부를 통하여 발전실(215)을 통과한 배기 연료 가스는, 발전실(215)에 공급되는 산화성 가스와의 사이에서 열교환이 이루어지고, 금속 재료로 이루어지는 하부 관판(225b) 등이 좌굴 등의 변형을 하지 않는 온도로 냉각되어 연료 가스 배출 헤더(219)에 공급된다. 산화성 가스는 배기 연료 가스와의 열교환에 의하여 승온되어, 발전실(215)에 공급된다. 그 결과, 히터 등을 이용하지 않고 발전에 필요한 온도로 승온된 산화성 가스를 발전실(215)에 공급할 수 있다.
발전실(215)에서 발전된 직류 전력은, 복수의 연료 전지 셀(105)에 마련한 Ni/YSZ 등으로 이루어지는 리드막(115)에 의하여 셀 스택(101)의 단부 부근까지 도출된 후에, SOFC 카트리지(203)의 집전봉(도시하지 않음)에 집전판(도시하지 않음)을 개재하여 집전하여, 각 SOFC 카트리지(203)의 외부로 취출된다. 상기 집전봉에 의하여 SOFC 카트리지(203)의 외부로 도출된 직류 전력은, 각 SOFC 카트리지(203)의 발전 전력을 소정의 직렬수 및 병렬수로 서로 접속되어, SOFC 모듈(201)의 외부로 도출되고, 도시하지 않은 파워 컨디셔너 등의 전력 변환 장치(인버터 등)에 의하여 소정의 교류 전력으로 변환되어, 전력 공급처(예를 들면, 부하 설비나 전력 계통)로 공급된다.
본 개시의 일 실시형태에 관한 연료 전지 시스템(310)의 개략 구성에 대하여 설명한다.
도 4는, 본 개시의 일 실시형태에 관한 연료 전지 시스템(310)의 개략 구성을 나타낸 개략 구성도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 전지 시스템(310)은, 터보차저(411), 및 SOFC(313)를 구비하고 있다. SOFC(313)는, 도시하지 않은 SOFC 모듈이 1개 또는 복수가 조합되어 구성되며, 이후에는 간단히 "SOFC"라고 기재한다. 이 연료 전지 시스템(310)은, SOFC(313)에 의하여 발전을 행하고 있다. 그리고, 연료 전지 시스템(310)은, 제어 장치(20)에 의하여 제어가 행해지고 있다.
터보차저(411)는, 압축기(421), 및 터빈(423)을 구비하고 있으며, 압축기(421)와 터빈(423)은 회전축(424)에 의하여 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 후술하는 터빈(423)이 회전함으로써 압축기(421)가 회전 구동한다. 본 실시형태는 산화성 가스로서 공기를 이용한 예이며, 압축기(421)는, 공기 흡입 라인(325)으로부터 흡입한 공기(A)를 압축한다.
터보차저(411)를 구성하는 압축기(421)에 공기(A)를 흡입하여 압축하고, 압축된 공기(A)를 산화성 가스(A2)로 하여 SOFC의 공기극(113)으로 공급한다. SOFC에서 발전을 위한 화학 반응에 이용된 후의 배기 산화성 가스(A3)는, 배기 산화성 가스 라인(333)을 통하여 촉매 연소기(연소기)(422)로 보내지고, 및 SOFC에서 발전을 위한 화학 반응에 이용된 후의 배기 연료 가스(L3)는 재순환 블로어(348)로 승압하며, 일부는 연료 가스 재순환 라인(349)을 통하여 연료 가스 라인(341)에 재순환하여 공급하지만, 타부(他部)는 배기 연료 가스 라인(343)을 통하여 촉매 연소기(422)로 보내진다.
이와 같이, 촉매 연소기(422)에는, 배기 산화성 가스(A3) 및 배기 연료 가스(L3)의 일부가 공급되고 촉매 연소부(461)에 있어서 연소 촉매를 이용하여 비교적 저온에서도 안정적으로 연소시켜(후술 참조), 연소 가스(G)를 생성한다. 이때, 촉매 연소기(422)에는, 도 5에 나타내는 바와 같이 균압부(이하, "균압 공간"이라고 한다)(462)가 마련되어 있다. 균압 공간(462)은, 배기 산화성 가스(A3)와 배기 연료 가스를 공통 공간에서 균압화하는 영역이며, 아울러 그 가스를 혼합하는 영역이다. 즉, 균압 공간(462)에서는, 촉매 연소기(422)로 공급된 배기 산화성 가스(A3)와 배기 연료 가스의 압력이 동일하게 되어 균압화된다. 환언하면, 배기 산화성 가스 라인(333)과 배기 연료 가스 라인(343)의 출구 압력이 균압화되게 된다. 압력의 균압화가 가능하면, 균압 공간(462)이 촉매 연소기(422)에 인접하여 마련되는 경우에 한정되지 않는다.
촉매 연소기(422)는, 배기 연료 가스(L3), 배기 산화성 가스(A3), 및 필요에 따라 연료 가스(L1)를 혼합하여 촉매 연소부(461)에 있어서 연소시켜, 연소 가스(G)를 생성한다. 촉매 연소부(461)에는, 예를 들면 플래티넘이나 팔라듐을 주성분으로 하는 연소 촉매가 충전되어 있어, 비교적 낮은 온도이고 또한 저산소 농도에서 안정 연소가 가능해지고 있다. 배기 연료 가스(L3), 배기 산화성 가스(A3), 및 필요에 따라 연료 가스(L1)는, 균압 공간(462)에 있어서 혼합된다. 연소 가스(G)는 연소 가스 공급 라인(328)을 통하여 터빈(423)에 공급된다. 터빈(423)은, 연소 가스(G)가 단열 팽창함으로써 회전 구동하여, 연소 가스(G)가 연소 배기가스 라인(329)으로부터 배출된다.
촉매 연소기(422)로는, 제어 밸브(352)로 유량이 제어되어 연료 가스(L1)가 공급된다. 연료 가스(L1)는 가연성 가스이며, 예를 들면, 액화 천연 가스(LNG)를 기화시킨 가스 혹은 천연 가스, 도시 가스, 수소(H2) 및 일산화탄소(CO), 메테인(CH4) 등의 탄화 수소 가스, 및 탄소질 원료(석유나 석탄 등)의 가스화 설비에 의하여 제조된 가스 등이 이용된다. 연료 가스란, 미리 발열량이 대략 일정하게 조정된 연료 가스를 의미한다.
촉매 연소기(422)에서 연소에 의하여 고온화한 연소 가스(G)는, 연소 가스 공급 라인(328)을 통하여 터보차저(411)를 구성하는 터빈(423)에 보내지고, 터빈(423)을 회전 구동시켜 회전 이동력이 발생한다. 이 회전 이동력으로 압축기(421)를 구동함으로써, 공기 흡입 라인(325)으로부터 흡입한 공기(A)를 압축하여 압축 공기가 발생한다. 산화성 가스(공기)를 압축하여 송풍하는 회전 기기의 동력을 터보차저(411)로 발생시킬 수 있기 때문에, 소요 동력을 저감시켜 발전 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
열교환기(재생 열교환기)(430)는, 터빈(423)으로부터 배출된 배기가스와 압축기(421)로부터 공급되는 산화성 가스(A2)의 사이에서 열교환을 행한다. 배기가스는, 산화성 가스(A2)와의 열교환으로 냉각된 후에, 예를 들면 배열 회수 장치(442)를 통하여, 굴뚝(도시하지 않음)을 통과하여 외부로 방출된다.
SOFC(313)는, 환원제로서 연료 가스(L1)와, 산화제로서 산화성 가스(A2)가 공급됨으로써, 소정의 작동 온도에서 반응하여 발전을 행한다.
SOFC(313)는, 도시하지 않은 SOFC 모듈로 구성되며, SOFC 모듈의 압력 용기 내에 마련한 복수의 셀 스택의 집합체가 수용되어 있고, 도시하지 않은 셀 스택에는, 연료극(109)과 공기극(113)과 고체 전해질막(111)을 구비하고 있다.
SOFC(313)는, 공기극(113)에 산화성 가스(A2)가 공급되고, 연료극(109)에 연료 가스(L1)가 공급됨으로써 발전하며, 도시하지 않은 파워 컨디셔너 등의 전력 변환 장치(인버터 등)에 의하여 소정의 전력으로 변환되어, 전력 수요처로 공급된다.
SOFC(313)에는, 압축기(421)로 압축한 산화성 가스(A2)를 공기극(113)으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인(331)이 접속되어 있다. 산화성 가스 공급 라인(331)을 통하여 산화성 가스(A2)가 공기극(113)의 도시하지 않은 산화성 가스 도입부에 공급된다. 이 산화성 가스 공급 라인(331)에는, 공급하는 산화성 가스(A2)의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브(335)가 마련되어 있다. 열교환기(430)에 있어서, 산화성 가스(A2)는, 연소 배기가스 라인(329)으로부터 배출되는 연소 가스와의 사이에서 열교환되어 승온된다. 또한, 산화성 가스 공급 라인(331)에는, 열교환기(430)의 전열 부분을 바이패스하는 열교환기 바이패스 라인(332)이 마련되어 있다. 열교환기 바이패스 라인(332)에는, 제어 밸브(336)가 마련되고, 산화성 가스의 바이패스 유량이 조정 가능하게 되어 있다. 제어 밸브(335) 및 제어 밸브(336)의 개도(開度)가 제어됨으로써, 열교환기(430)를 통과하는 산화성 가스와 열교환기(430)를 바이패스하는 산화성 가스의 유량 비율이 조정되고, SOFC(313)에 공급되는 산화성 가스(A2)의 온도가 조정된다. SOFC(313)에 공급되는 산화성 가스(A2)의 온도는, SOFC(313)의 연료 가스와 산화성 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 발전을 행하는 온도를 유지함과 함께, SOFC(313)를 구성하는 도시하지 않은 SOFC 모듈 내부의 각 구성 기기의 재료에 손상을 주지 않도록 온도의 상한이 제한되어 있다.
SOFC(313)에는, 공기극(113)에서 이용되고 배출된 배기 산화성 가스(A3)를 촉매 연소기(422)를 통하여 터빈(423)으로 공급하는 배기 산화성 가스 라인(333)이 접속되어 있다. 배기 산화성 가스 라인(333)은, 배기 공기 냉각기(351)가 마련되어 있다. 구체적으로는, 배기 산화성 가스 라인(333)에 있어서, 후술하는 오리피스(441)보다 상류 측에 배기 공기 냉각기(351)가 마련되어 있으며, 산화성 가스 공급 라인(331)을 흐르는 산화성 가스(A2)와의 열교환에 의하여 배기 산화성 가스(A3)를 냉각한다.
배기 산화성 가스 라인(333)에는, 압력 손실부가 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 압력 손실부로서, 오리피스(441)가 마련되어 있다. 오리피스(441)는, 배기 산화성 가스 라인(333)을 유통하는 배기 산화성 가스(A3)에 대하여 압력 손실을 부가한다. 압력 손실부로서는, 오리피스(441)에 한정되지 않고, 예를 들면 벤투리(venturi)관 등 스로틀부를 마련해도 되고, 배기 산화성 가스(A3)에 압력 손실을 부가하는 것이 가능한 수단이면 이용하는 것이 가능하다. 압력 손실부로서는 예를 들면, 추가 설치 버너를 마련하는 것이어도 된다. 추가 설치 버너에 의하여 배기 산화성 가스에 압력 손실을 발생시킴과 함께, 촉매 연소기(422)에서의 연소 용량을 초과하는 연소가 필요하게 되었을 때에 추가 연료분을 연소시킬 수 있기 때문에, 배기 산화성 가스에 충분한 열량을 공급 가능해진다. 연료 전지 시스템(310)에서는 공기극(113) 측과 연료극(109) 측의 압력차가 소정의 범위 내가 되도록 배기 연료 가스 라인(343)에 마련한 조정 밸브(347)에 의하여 제어하기 위하여, 배기 연료 가스 라인(343)과 합류하는 배기 산화성 가스 라인(333)에 대하여 압력 손실을 부가함으로써, 배기 연료 가스 라인(343)에 마련한 조정 밸브(347)를 안정적으로 제어하는 데 필요한 동작 차압을 확보할 수 있다.
배기 산화성 가스 라인(333)에 대해서는, 배기 산화성 가스(A3)를 대기(계 외)로 방출하는 벤트 계통 및 벤트 밸브는 마련되어 있지 않다. 예를 들면, SOFC와 공기극(113)으로부터 배출되는 배기 산화성 가스(A3)와 연료극(109)으로부터 배출되는 배기 연료 가스(L3)를 연소시키는 가스 터빈(예를 들면 마이크로 가스 터빈)을 조합하는 발전 시스템의 경우에는, 기동 시나 정지 시 등에, 마이크로 가스 터빈의 상태의 변화에 따라 공기극(113)으로 공급되는 산화성 가스의 압력 상태가 변화하는 경우가 있고, 나아가서는 압력의 급변동에 의하여 연료극(109)과 공기극(113)의 차압 제어가 장애가 될 가능성이 있기 때문에, 또, 어떠한 이유에서 트립을 발생한 경우에는, 마이크로 가스 터빈의 발전기가 무부하가 되어, 마이크로 가스 터빈의 보호 대책이 필요한 경우가 있다. 그 때문에, 배기 산화성 가스(A3)를 대기 등 계 외로 방출하는 벤트 계통 및 벤트 밸브가 필요하지만, 본 실시형태에서는, 터보차저(411)를 이용하고 있으며, 회전축에 연통한 발전기가 없어 부하가 없기 때문에, 트립 시에 부하가 소실되어 과회전이 되어 급격하게 압력이 상승하는 경우도 없고, 조정 밸브(347)에 의하여 차압 상태를 안정적으로 제어하는 것이 가능하기 때문에, 배기 산화성 가스(A3)를 대기 방출하는 기구(벤트 계통 및 벤트 밸브)를 생략할 수 있다.
SOFC(313)에는, 또한, 연료 가스(L1)를 연료극(109)의 도시하지 않은 연료 가스 도입부에 공급하는 연료 가스 라인(341)과, 연료극(109)에서 반응에 이용되고 배출된 배기 연료 가스(L3)를 촉매 연소기(422)를 통하여 터빈(423)으로 공급하는 배기 연료 가스 라인(343)이 접속되어 있다. 연료 가스 라인(341)에는, 연료극(109)에 공급하는 연료 가스(L1)의 유량을 조정하기 위한 제어 밸브(342)가 마련되어 있다.
연료 전지 시스템(310)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료극(109)과 공기극(113)의 차압을 계측하는 차압계(370)를 구비하고 있다. 차압계(370)로 계측된 연료극(109)과 공기극(113)의 차압값의 정보는, 제어 장치(20)에 출력된다. 공기극(113)과 연료극(109)의 각각의 계통에 압력계를 마련하고, 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력을 각각 취득하여 차압을 산출해도 된다. 도 4의 압력 계측 위치는 모식적으로 나타낸 것이며, 각 압력의 계측 위치는, 도 4의 위치에 한정되지 않는다.
배기 연료 가스 라인(343)에는, 재순환 블로어(348)가 마련되어 있다. 배기 연료 가스 라인(343)에는, 촉매 연소기(422)에 공급하는 배기 연료 가스(L3)의 일부의 유량을 조정하기 위한 조정 밸브(347)가 마련되어 있다. 환언하면 조정 밸브(347)는, 배기 연료 가스(L3)의 압력 상태를 조정하고 있게 된다. 이 때문에, 후술하는 바와 같이, 제어 장치(20)에 의하여, 조정 밸브(347)를 제어함으로써, 연료극(109)과 공기극(113)의 차압을 조정할 수 있다.
배기 연료 가스 라인(343)에는, 재순환 블로어(348)의 하류 측에, 배기 연료 가스(L3)를 대기(계 외)로 방출하는 배기 연료 가스 방출 라인(350)이 접속되어 있다. 그리고, 배기 연료 가스 방출 라인(350)에는 차단 밸브(연료 벤트 밸브)(346)가 마련되어 있다. 즉, 차단 밸브(346)를 개방으로 함으로써, 배기 연료 가스 라인(343)의 배기 연료 가스(L3)의 일부를 배기 연료 가스 방출 라인(350)으로부터 방출할 수 있다. 배기 연료 가스(L3)를 계 외로 배출함으로써 과잉이 된 압력을 재빠르게 조정할 수 있다. 배기 연료 가스 라인(343)에는, 배기 연료 가스(L3)를 SOFC(313)의 연료극(109)의 연료 가스 도입부로 재순환시키기 위한 연료 가스 재순환 라인(349)이 연료 가스 라인(341)에 접속되어 있다.
또한, 연료 가스 재순환 라인(349)에는, 연료극(109)에 연료 가스(L1)를 개질하기 위한 순수를 공급하는 순수 공급 라인(361)이 마련되어 있다. 순수 공급 라인(361)에는 펌프(362)가 마련되어 있다. 펌프(362)의 토출 유량이 제어됨으로써, 연료극(109)에 공급되는 순수량이 조정된다. 발전 중에는 연료극에서 수증기가 생성되기 때문에 배기 연료 가스 라인(343)의 배기 연료 가스(L3)에는 수증기가 포함되므로, 연료 가스 재순환 라인(349)에서 수증기를 재순환하여 공급함으로써, 순수 공급 라인(361)에서 공급하는 순수 유량을 저감 혹은 차단할 수 있다.
다음으로, 압축기(421)로부터 토출된 산화성 가스를 방출하는 구성에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 압축기(421)의 하류 측에 있어서의 산화성 가스 공급 라인(331)에 있어서, 산화성 가스가 열교환기(430)를 바이패스 방출하도록 유통 가능한 산화성 가스 블로 라인(444)이 마련되어 있다. 산화성 가스 블로 라인(444)은, 일단이 산화성 가스 공급 라인(331)의 열교환기(430)의 상류 측에 접속되어 있고, 타단은, 터빈(423)의 후류 측이 되는 연소 배기가스 라인(329)의 열교환기(430)의 하류 측에 접속되어 있다. 그리고, 산화성 가스 블로 라인(444)에는, 방출 밸브(추기(抽氣) 블로 밸브)(445)가 마련되어 있다. 즉, 방출 밸브(445)를 개방으로 함으로써, 압축기(421)로부터 토출된 산화성 가스의 일부가, 산화성 가스 블로 라인(444)을 통하여 굴뚝(도시하지 않음)을 통과하여 계 외부의 대기 등으로 방출된다.
다음으로, 연료 전지 시스템(310)의 기동에 이용하는 구성에 대하여 설명한다. 산화성 가스 공급 라인(331)에는, 산화성 가스 블로 라인(444)과의 접속점의 하류 측에 제어 밸브(451)가 마련되어 있으며, 제어 밸브(451)의 하류 측(열교환기(430)의 상류 측)에, 기동용 공기를 공급하는 블로어(송풍기)(452) 및 제어 밸브(453)를 갖는 기동용 공기 공급 라인(454)이 접속되어 있다. 연료 전지 시스템(310)의 기동을 행하는 경우에, 블로어(452)에 의하여 기동용 공기를 산화성 가스 공급 라인(331)으로 공급하면서, 제어 밸브(451) 및 제어 밸브(453)에 의하여 압축기(421)로부터의 산화성 가스와 전환을 행한다. 산화성 가스 공급 라인(331)에 있어서, 열교환기(430)의 하류 측(제어 밸브(335)의 상류 측)에는 기동용 공기 가열 라인(455)이 접속되어 있고, 제어 밸브(456)를 통하여 배기 공기 냉각기(351)의 하류 측의 배기 산화성 가스 라인(333)으로 접속됨과 함께, 제어 밸브(457)를 통하여 산화성 가스 공급 라인(331)(공기극(113)의 입구 측)으로 접속되어 있다. 기동용 공기 가열 라인(455)에는, 기동용 가열기(458)가 마련되어 있으며, 연료 가스(L1)가 제어 밸브(459)를 통하여 공급되고, 기동용 공기 가열 라인(455)을 유통하는 산화성 가스의 가열이 행해진다.
제어 밸브(457)는, 기동용 가열기(458)로 공급하는 산화성 가스의 유량을 조정하여, SOFC(313)로 공급하는 산화성 가스의 온도를 제어한다.
연료 가스(L1)는, 제어 밸브(460)를 통하여 공기극(113)으로도 공급된다. 제어 밸브(460)는, 예를 들면 SOFC(313)의 기동 시에 기동용 공기 가열 라인(455)에 있어서의 제어 밸브(457)의 하류 측으로부터 공기극(113)으로 연료 가스(L1)가 공급되어, 촉매 연소에 의하여 발전실 온도가 승온될 때의, 공기극(113)으로 공급하는 연료 가스(L1)의 유량을 제어한다.
제어 장치(20)는, 연료 전지 시스템(310)에 있어서의 제어를 행한다. 특히, SOFC에 대한 차압 제어를 행한다.
도 6은, 본 실시형태에 관한 제어 장치(20)의 하드웨어 구성의 일례를 나타낸 도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(20)는, 컴퓨터 시스템(계산기 시스템)이며, 예를 들면, CPU(11)와, CPU(11)가 실행하는 프로그램 등을 기억하기 위한 ROM(Read Only Memory)(12)과, 각 프로그램 실행 시의 워크 영역으로서 기능하는 RAM(Random Access Memory)(13)과, 대용량 기억 장치로서의 하드 디스크 드라이브(HDD)(14)와, 네트워크 등에 접속하기 위한 통신부(15)를 구비하고 있다. 대용량 기억 장치로서는, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 이용하는 것으로 해도 된다. 이들 각부(各部)는, 버스(18)를 개재하여 접속되어 있다.
제어 장치(20)는, 키보드나 마우스 등으로 이루어지는 입력부나, 데이터를 표시하는 액정 표시 장치 등으로 이루어지는 표시부 등을 구비하고 있어도 된다.
CPU(11)가 실행하는 프로그램 등을 기억하기 위한 기억 매체는, ROM(12)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 자기 디스크, 광자기 디스크, 반도체 메모리 등의 다른 보조 기억 장치여도 된다.
후술하는 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리의 과정은, 프로그램의 형식으로 하드 디스크 드라이브(14) 등에 기록되어 있고, 이 프로그램을 CPU(11)가 RAM(13) 등으로 독출하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 후술하는 각종 기능이 실현된다. 프로그램은, ROM(12)이나 그 외의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 독취 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 개재하여 전달되는 형태 등이 적용되어도 된다. 컴퓨터 독취 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.
제어 장치(20)는, 조정 밸브(347)를 제어하여 연료 전지에 있어서의 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력의 차압을 제어한다. 연료 전지에 있어서는, 통상 운전 시에는 연료극(109)의 압력이 공기극(113)의 압력보다 소정 차압(예를 들면 0.1kPa 이상 1kPa 이하)만큼 커지는 것 같은 차압 상태가 바람직하다. 이 때문에, 제어 장치(20)에서는, 조정 밸브(347)로 연료극(109) 측의 압력을 제어하며, 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력의 차압을 조정한다. 공기극(113)의 압력이란 공기극 계통을 유통하는 산화성 가스 혹은 배기 산화성 가스(A3)의 압력이며, 예를 들면, SOFC 모듈(201) 내의 산화성 가스의 압력이다.
연료극(109)의 압력이란 연료극 계통을 유통하는 연료 가스(L1) 혹은 배기 연료 가스(L3)의 압력이며, 예를 들면 SOFC 모듈(201) 내의 연료 가스(L1)의 압력이다.
본 실시형태에서는, 배기 연료 가스 라인(343) 및 배기 산화성 가스 라인(333)은, 촉매 연소기(422)의 균압 공간(462)에 접속되어 있다. 즉, 배기 연료 가스 라인(343)으로부터 배출된 연료 성분을 포함하는 가스와, 배기 산화성 가스 라인(333)으로부터 배출된 산화성 가스 성분을 포함하는 가스가 균압 공간(462)이라는 공통의 공간에 접속되어 균압화 되고, 또 그 가스끼리가 혼합된다. 즉, 배기 연료 가스 라인(343)과 배기 산화성 가스 라인(333)의 출구 측(균압 공간(462) 측)은 압력 상태가 균압화된다. 그리고 또한, 배기 산화성 가스 라인(333)에는, 오리피스(441)가 마련되어 있기 때문에, 배기 산화성 가스 라인(333)에 있어서, 내부를 유통하는 배기 산화성 가스(A3)의 유량에 따른 일정한 압력 손실을 부가하고 있다. 이 때문에, 균압 공간(462)의 압력을 기준으로 하여, 오리피스(441)의 압력 손실이 부가되고, 또한 배기 산화성 가스 라인(333) 등의 공기극(113) 출구까지의 배관의 압력 손실 등이 부가되어, 공기극(113) 측의 압력 상태가 정해진다. 한편, 연료극(109)은, 배기 연료 가스 라인(343)에 있어서 조정 밸브(347)를 개재하여 균압 공간(462)에 접속되어 있다. 이 때문에, 균압 공간(462)의 압력을 기준으로 하여, 조정 밸브(347)의 개도 조정에 따른 압력 손실이 부가되고, 또한 배기 연료 가스 라인(343) 등의 연료극(109) 출구까지의 배관의 압력 손실 등이 부가되어, 연료극(109) 측의 압력 상태가 정해진다. 즉, 조정 밸브(347)의 개도 조정에 따른 압력 손실의 조정을 행함으로써, 연료극(109) 측의 압력을 조정할 수 있다. 이와 같이, 균압 공간(462)과 오리피스(441)를 이용함으로써, 균압 공간(462)에 있어서의 압력을 기준으로 하여, 배기 산화성 가스에 오리피스(441)의 압력 손실을 부가함으로써, 배기 연료 가스 라인(343)에 마련한 조정 밸브(347)에 의한 압력 조정을 효과적이고 안정적으로 제어하는 것을 가능하게 하는 데 충분한 압력차가 얻어진다.
본 실시형태에서는, 조정 밸브(347)와 균압 공간(462)과 오리피스(441)를 이용하여 조정 밸브(347)에 의하여 효과적으로 차압 제어가 가능한 경우에 대하여 설명하지만, 균압 공간(462) 및 오리피스(441) 중 어느 일방과, 조정 밸브(347)에 의하여 차압을 제어하는 것도 가능하다. 오리피스(압력 손실부)(441)를 설치하지 않고, 배기 연료 가스 라인(343)의 조정 밸브(347)에 의한 압력 조정을 위한 동작 차압을 확보할 수 있다면, 조정 밸브(347)만을 마련하여, 차압을 제어하는 것도 가능하다.
제어 장치(20)는, 공기극(113) 측의 압력과 연료극(109) 측의 압력을 취득한다. 그리고, 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력의 차를 차압으로 하여, 차압이 소정 차압이 되도록, 조정 밸브(347)의 개도 제어를 행한다. 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력을 개별적으로 취득해도 되고, 차압계(370)를 이용하여 차압을 취득해도 된다. 본 실시형태에 있어서는, 차압은 연료극(109)의 압력으로부터 공기극(113)의 압력을 뺀 값으로 한다. 즉, 연료극(109) 측 쪽이 압력이 높은 경우에는, 차압은 정(正)의 값이 되고, 공기극(113) 측 쪽이 압력이 높은 경우에는 차압은 부(負)의 값이 되는 것으로 한다. 예를 들면, 연료극(109)의 압력 쪽이 공기극(113)의 압력에 대하여 소정 차압보다 높은 경우에는, 연료극(109)의 압력이 내려가도록, 조정 밸브(347)의 개도를 개방하는 방향으로 제어를 행한다.
이와 같이 하여, 조정 밸브(347)의 제어에 의하여 효과적으로 차압 상태가 조정된다.
제어 장치(20)는, 차압 상태에 이상이 발생한 경우에는, 이상 대응 제어를 행한다. 이상 상태란, 연료극(109) 쪽이 공기극(113)에 대하여 소정 값 이상이 된 경우이다. 소정 값이란, 연료극(109) 쪽이 공기극(113)에 대하여 높은 경우에 이상 상태로 상정되는 하한값으로서 설정된다. 본 실시형태에서는 예를 들면 소정 값은, 차압 1kPa 이상 50kPa 이하의 범위에서 설정된다.
구체적으로는, 제어 장치(20)는, 연료극(109)의 압력이 공기극(113)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 배기 연료 가스 방출 라인(350)에 마련된 차단 밸브(346)를 개방으로 한다. 이로써, 연료극(109)으로부터 배출된 배기 연료 가스의 일부를 대기 방출하여 연료극(109) 측의 압력을 신속하게 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 차압 상태가 이상 상태가 되어 지속되어 버리는 것을 억제하여 안정 상태로 되돌리는 것이 가능해진다.
이상 상태로서는, 공기극(113) 쪽이 연료극(109)에 대하여 소정 값 이상이 된 경우로 하는 것으로 해도 된다. 이와 같은 경우에는, 소정 값은, 공기극(113) 쪽이 연료극(109)에 대하여 높은 경우에 이상 상태로 상정되는 하한값으로서 설정된다. 본 실시형태에서는 예를 들면 소정 값은, 차압 -50kPa 이상 -1kPa 이하의 범위에서 설정된다.
구체적으로는, 제어 장치(20)는, 공기극(113)의 압력이 연료극(109)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 산화성 가스 블로 라인(444)에 마련된 방출 밸브(445)를 개방으로 한다. 이로써, 공기극(113)에 공급되는 산화성 가스량을 감소시켜, 공기극(113)의 압력을 신속하게 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 차압 상태가 이상 상태가 되어 지속되어 버리는 것을 억제하여 안정 상태로 되돌리는 것이 가능해진다.
다음으로, 상술한 제어 장치(20)에 의한 차압 제어 처리의 일례에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 본 실시형태에 관한 차압 제어 처리의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 7에 나타내는 플로는, 예를 들면, 소정의 제어 주기로 반복하여 실행된다.
먼저, 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력을 취득하여 차압을 확인한다. 혹은, 연료극(109)과 공기극(113)의 차압을 취득해도 된다(S101).
다음으로, 차압이 소정 차압인지 아닌지를 판정한다(S102). S102에 있어서는, 목적의 차압을 소정 차압 범위(소정 차압을 포함한다)로 하여 설정해 두고, 차압이 소정 차압 범위 내인지 아닌지를 판정하는 것으로 해도 된다.
차압이 소정 차압인 경우(S102의 YES 판정)에는, 처리를 종료한다.
차압이 소정 차압이 아닌 경우(S102의 NO 판정)에는, 조정 밸브(347)의 개도를 제어하여 차압 조정 제어를 실행한다(S103).
이와 같이 하여 연료극(109)과 공기극(113)의 차압 상태가 적절한 값으로 유지된다.
다음으로, 상술한 제어 장치(20)에 의한 이상 처리의 일례에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은, 본 실시형태에 관한 이상 처리의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 8에 나타내는 플로는, 예를 들면, 소정의 제어 주기로 반복하여 실행된다.
먼저, 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력을 취득한다(S201). 혹은, 연료극(109)과 공기극(113)의 차압을 취득해도 된다.
연료극(109) 쪽이 공기극(113)에 대하여 소정 값 이상인지 아닌지를 판정한다(S202).
연료극(109) 쪽이 공기극(113)에 대하여 소정 값 이상이 아닌 경우(S202의 NO 판정)에는, 처리를 종료한다.
연료극(109) 쪽이 공기극(113)에 대하여 소정 값 이상인 경우(S202의 YES 판정)에는, 배기 연료 가스 방출 라인(350)에 마련된 차단 밸브(연료 벤트 밸브)(346)를 개방으로 한다(S203). 이와 같이 하여 연료 가스의 신속한 대기 방출 제어가 행해진다.
연료극(109) 쪽이 공기극(113)에 대하여 소정 값 미만이 된 경우, 차단 밸브(연료 벤트 밸브)(346)를 폐쇄로 한다(S204).
다음으로, 상술한 제어 장치(20)에 의한 이상 처리의 일례에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 본 실시형태에 관한 이상 처리의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 9에 나타내는 플로는, 예를 들면, 소정의 제어 주기로 반복하여 실행된다.
먼저, 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력을 취득한다(S301). 혹은, 연료극(109)과 공기극(113)의 차압을 취득해도 된다.
공기극(113) 쪽이 연료극(109)에 대하여 소정 값 이상인지 아닌지를 판정한다(S302).
공기극(113) 쪽이 연료극(109)에 대하여 소정 값 이상이 아닌 경우(S302의 NO 판정)에는, 처리를 종료한다.
공기극(113) 쪽이 연료극(109)에 대하여 소정 값 이상인 경우(S302의 YES 판정)에는, 산화성 가스 블로 라인(444)에 마련된 방출 밸브(추기(抽氣) 블로 밸브)(445)를 개방으로 한다(S303). 이와 같이 하여 산화성 가스의 신속한 대기 방출 제어가 행해진다.
공기극(113) 쪽이 연료극(109)에 대하여 소정 값 미만이 된 경우, 방출 밸브(추기 블로 밸브)(445)를 폐쇄로 한다(S304).
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법에 의하면, 연료 전지로부터 배출된 배기 연료 가스와 연료 전지로부터 배출된 산화성 가스를 터보차저(411)로 공급하는 경우에, 배기 연료 가스 라인(343)에 마련된 조정 밸브(347)를 제어하여 연료 전지에 있어서의 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력의 차압을 제어함으로써, 연료 전지에 있어서의 공기극(113)과 연료극(109)의 압력차를 적절히 조정하는 것이 가능해진다.
연료 전지에 가스 터빈(예를 들면 마이크로 가스 터빈)을 조합하는 발전 시스템에 적용하는 경우에는, 기동 시나 정지 시 등에 마이크로 가스 터빈의 상태의 변화에 따라 공기극(113)으로 공급되는 산화성 가스의 압력 상태가 변화하기 때문에, 나아가서는 압력의 급변동에 의하여 연료극(109)과 공기극(113)의 차압 제어가 장애가 될 가능성이 있기 때문에, 또, 어떠한 이유에서 트립을 발생한 경우에는, 마이크로 가스 터빈의 발전기가 무부하가 되어, 마이크로 가스 터빈의 보호 대책이 필요한 경우가 있다. 그 때문에, 배기 산화성 가스 라인(333)에 대하여 산화성 가스를 대기(계 외)로 방출하는 벤트 계통 및 벤트 밸브를 마련할 필요가 있지만, 연료 전지에 터보차저(411)를 적용하여, 조정 밸브(347)에 의하여 차압이 조정됨으로써, 산화성 가스를 대기 방출하는 벤트 계통 및 벤트 밸브를 불요로 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 구성의 간략화나 비용 억제를 도모하는 것이 가능해진다.
배기 연료 가스 라인(343) 및 배기 산화성 가스 라인(333)에 접속되어, 배기 연료 가스와 산화성 가스를 혼합하여 균압화하는 균압 공간(462)이 마련됨으로써, 배기 연료 가스 라인(343)의 출구와 배기 산화성 가스 라인(333)의 출구의 압력 상태를 용이하게 동일하게 할 수 있다. 이 때문에, 조정 밸브(347)에 의하여 연료극(109)과 공기극(113)의 압력차를 보다 효율적으로 제어하는 것이 가능해진다.
배기 연료 가스 라인(343)에 있어서 배기 연료 가스를 대기 방출하는 배기 연료 가스 방출 라인(350)이 마련되어 있으며, 배기 연료 가스 방출 라인(350)에 차단 밸브(346)가 마련됨으로써, 배기 연료 가스 라인(343)에 있어서의 배기 연료 가스의 압력이 소정 값 이상으로 높아지는 이상 상태가 된 경우에서도, 차단 밸브(346)에 의하여 대기 방출을 하는 것이 가능해진다. 연료극(109)의 압력이 공기극(113)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 차단 밸브(346)를 개방으로 함으로써, 연료극(109)의 압력을 차단 밸브(346)에 의하여 조정하여, 이상 상태를 억제할 수 있다.
산화성 가스 공급 라인(331)에 산화성 가스가 유통 가능한 산화성 가스 블로 라인(444)이 마련되고, 산화성 가스 블로 라인(444)에 방출 밸브(445)가 마련되어 있는 경우에, 공기극(113)의 압력이 연료극(109)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에 방출 밸브(445)를 개방으로 함으로써, 연료극(109)의 압력에 대하여 공기극(113)의 압력이 소정 값 이상으로 높아져 이상 상태가 되는 것을 억제할 수 있다.
본 개시는, 상술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 변형 실시가 가능하다.
이상 설명한 각 실시형태에 기재된 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법은 예를 들면 이하와 같이 파악된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 공기극(113)과 연료극(109)을 갖는 연료 전지(313)와, 터빈(423) 및 압축기(421)를 갖는 터보차저(411)와, 상기 연료 전지(313)로부터 배출된 배기 연료 가스(L3)를 연소기(422)로 공급하는 배기 연료 가스 라인(343)과, 상기 연료 전지(313)로부터 배출된 배기 산화성 가스(A3)를 상기 연소기(422)로 공급하는 배기 산화성 가스 라인(333)과, 상기 연소기(422)로부터 배출된 연소 가스(G)를 상기 터빈(423)으로 공급하는 연소 가스 공급 라인(328)과, 상기 터빈의 회전 구동에 의하여 상기 압축기(421)로 압축한 산화성 가스(A2)를 상기 공기극(113)으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인(331)과, 상기 배기 연료 가스 라인(343)에 마련된 조정 밸브(347)와, 상기 조정 밸브(347)를 제어하여 상기 연료 전지(313)에 있어서의 상기 공기극(113)의 압력과 상기 연료극(109)의 압력의 차압을 제어하는 제어 장치(20)를 구비하고, 상기 배기 산화성 가스 라인(333)에는, 배기 산화성 가스(A3)를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 연료 전지(313)로부터 배출된 배기 연료 가스(L3)와 연료 전지(313)로부터 배출된 산화성 가스를 터보차저(411)로 공급하는 경우에, 배기 연료 가스 라인(343)에 마련된 조정 밸브(347)를 제어하여 연료 전지(313)에 있어서의 공기극(113)의 압력과 연료극(109)의 압력의 차압을 제어함으로써, 연료 전지(313)에 있어서의 연료극(109)과 공기극(113)의 압력차를 적절히 조정하는 것이 가능해진다.
연료 전지(313)에 가스 터빈(411)(예를 들면 마이크로 가스 터빈(411))을 조합하는 발전 시스템에 적용하는 경우에는, 마이크로 가스 터빈(411)의 기동 시나 정지 시 등에 마이크로 가스 터빈의 상태의 변화에 따라 공기극(113)으로 공급되는 산화성 가스의 압력 상태가 변화하기 때문에, 나아가서는 압력의 급변동에 의하여 연료극(109)과 공기극(113)의 차압 제어가 장애가 될 가능성이 있기 때문에, 또, 어떠한 이유에서 트립을 발생한 경우에는, 마이크로 가스 터빈의 발전기가 무부하가 되어, 마이크로 가스 터빈의 보호 대책이 필요한 경우가 있다. 그 때문에, 배기 산화성 가스 라인(333)에 대하여 산화성 가스를 대기 방출하는 벤트 계통의 벤트 밸브를 마련할 필요가 있지만, 연료 전지(313)에 터보차저(411)를 적용하여, 조정 밸브(347)에 의하여 차압이 조정됨으로써, 산화성 가스를 대기 방출하는 벤트 계통의 벤트 밸브를 불요로 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 구성의 간략화나 비용 억제를 도모하는 것이 가능해진다. 벤트 계통은, 배기 산화성 가스를 운전 중에 계 외로 방출한다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 배기 연료 가스 라인(343) 및 상기 배기 산화성 가스 라인(333)에 접속되어, 배기 연료 가스(L3)와 배기 산화성 가스(A3)를 균압화하는 균압부(462)를 구비하는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 배기 연료 가스 라인(343) 및 배기 산화성 가스 라인(333)이 공통된 공간 부분에 접속되어, 배기 연료 가스(L3)와 배기 산화성 가스를 균압화하는 균압부(462)가 됨으로써, 배기 연료 가스 라인(343)의 출구와 배기 산화성 가스 라인(333)의 출구의 압력 상태를 동일하게 할 수 있다. 이 때문에, 조정 밸브(347)에 의하여 공기극(113)과 연료극(109)의 압력차를 보다 효율적으로 제어하는 것이 가능해진다. 이 균압부(462)에서 배기 연료 가스(L3)와 배기 산화성 가스를 혼합할 수도 있기 때문에, 연소시키기에 적합해진다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 균압부(462)는, 상기 연소기(422)에 있어서, 상기 배기 연료 가스와 상기 배기 산화성 가스가 공급되는 공통된 공간으로서 마련되어 있는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 연소기(422)에 있어서, 배기 연료 가스와 배기 산화성 가스가 공급되는 공통된 공간으로서 균압부를 마련함으로써 배기 연료 가스(L3)와 산화성 가스를 균압화하고, 아울러 그 가스끼리를 혼합할 수 있다. 연소기로서는, 구체적으로는 촉매 연소기를 이용할 수 있다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 연소기(422)는, 상기 균압부(462)에서 상기 배기 연료 가스(L3)와 상기 배기 산화성 가스(A3)를 혼합시켜, 연소 촉매를 이용한 촉매 연소부(461)에서 연소시키는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 연소기에 있어서 균압 및 촉매 연소를 행할 수 있다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 배기 산화성 가스 라인(333)에 마련되고, 배기 산화성 가스(A3)에 대하여 압력 손실을 부가하는 압력 손실부(441)를 구비하는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 배기 산화성 가스 라인(333)에 있어서 산화성 가스에 대하여 압력 손실을 부가하는 압력 손실부(예를 들면 오리피스 등)를 마련함으로써, 조정 밸브(347)에 의하여 보다 효율적으로 차압 제어를 행하는 것이 가능해진다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 배기 연료 가스 라인(343)에 접속되어 있고, 배기 연료 가스(L3)를 대기 방출하는 배기 연료 가스 방출 라인(350)과, 상기 배기 연료 가스 방출 라인(350)에 마련된 차단 밸브(346)를 구비하는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 배기 연료 가스 라인(343)에 있어서 연료 가스를 대기 방출하는 배기 연료 가스 방출 라인(350)이 마련되어 있으며, 배기 연료 가스 방출 라인(350)에 차단 밸브(346)가 마련됨으로써, 배기 연료 가스 라인(343)에 있어서의 연료 가스의 압력이 소정 값 이상으로 높아지는 이상 상태가 된 경우에서도, 차단 밸브(346)에 의하여 대기 방출을 하는 것이 가능해진다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 제어 장치(20)는, 상기 연료극(109)의 압력이 상기 공기극(113)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 상기 차단 밸브(346)를 개방으로 하는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 연료극(109)의 압력이 공기극(113)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 차단 밸브(346)를 개방으로 함으로써, 연료극(109)의 압력을 차단 밸브(346)에 의하여 조정하여, 이상 상태를 억제할 수 있다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)은, 상기 산화성 가스 공급 라인(331)에 접속되어 있고, 산화성 가스(A2)가 유통 가능한 블로 라인(444)과, 상기 블로 라인(444)에 마련된 방출 밸브(445)를 구비하고, 상기 제어 장치(20)는, 상기 공기극(113)의 압력이 상기 연료극(109)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 상기 방출 밸브(445)를 개방으로 하는 것으로 해도 된다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)에 의하면, 산화성 가스 공급 라인(331)에 산화성 가스가 유통 가능한 산화성 가스 블로 라인(444)이 마련되고, 산화성 가스 블로 라인(444)에 방출 밸브(445)가 마련되어 있는 경우에, 공기극(113)의 압력이 연료극(109)의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에 방출 밸브(445)를 개방으로 함으로써, 연료극(109)의 압력에 대하여 공기극(113)의 압력이 소정 값 이상으로 높아져 이상 상태가 되는 것을 억제할 수 있다.
본 개시에 관한 연료 전지 시스템(310)의 제어 방법은, 공기극(113)과 연료극(109)을 갖는 연료 전지(313)와, 터빈(423) 및 압축기(421)를 갖는 터보차저(411)와, 상기 연료 전지(313)로부터 배출된 배기 연료 가스(L3)를 연소기(422)로 공급하는 배기 연료 가스 라인(343)과, 상기 연료 전지(313)로부터 배출된 배기 산화성 가스(A3)를 상기 연소기(422)로 공급하는 배기 산화성 가스 라인(333)과, 상기 연소기(422)로부터 배출된 연소 가스(G)를 상기 터빈(423)으로 공급하는 연소 가스 공급 라인(328)과, 상기 터빈의 회전 구동에 의하여 상기 압축기(421)로 압축한 산화성 가스(A2)를 상기 공기극(113)으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인(331)과, 상기 배기 연료 가스 라인(343)에 마련된 조정 밸브(347)를 구비하고, 상기 배기 산화성 가스 라인(333)에는, 배기 산화성 가스(A3)를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않은 연료 전지 시스템(310)의 제어 방법으로서, 상기 조정 밸브(347)를 제어하여 상기 연료 전지(313)에 있어서의 상기 공기극(113)의 압력과 상기 연료극(109)의 압력의 차압을 제어한다.
11: CPU
12: ROM
13: RAM
14: 하드 디스크 드라이브
15: 통신부
18: 버스
20: 제어 장치
101: 셀 스택
103: 기체관
105: 연료 전지 셀
107: 인터커넥터
109: 연료극
111: 고체 전해질막
113: 공기극
115: 리드막
201: SOFC 모듈
203: SOFC 카트리지
205: 압력 용기
207: 연료 가스 공급관
207a: 연료 가스 공급 지관
209: 연료 가스 배출관
209a: 연료 가스 배출 지관
215: 발전실
217: 연료 가스 공급 헤더
219: 연료 가스 배출 헤더
221: 산화성 가스 공급 헤더
223: 산화성 가스 배출 헤더
225a: 상부 관판
225b: 하부 관판
227a: 상부 단열체
227b: 하부 단열체
229a: 상부 케이싱
229b: 하부 케이싱
231a: 연료 가스 공급 구멍
231b: 연료 가스 배출 구멍
233a: 산화성 가스 공급 구멍
233b: 산화성 가스 배출 구멍
235a: 산화성 가스 공급 간극
235b: 산화성 가스 배출 간극
237a: 시일 부재
237b: 시일 부재
310: 연료 전지 시스템
313: SOFC(연료 전지)
325: 공기 흡입 라인
328: 연소 가스 공급 라인
329: 연소 배기가스 라인
331: 산화성 가스 공급 라인
332: 열교환기 바이패스 라인
333: 배기 산화성 가스 라인
335: 제어 밸브
336: 제어 밸브
341: 연료 가스 라인
342: 제어 밸브
343: 배기 연료 가스 라인
346: 차단 밸브
347: 조정 밸브
348: 재순환 블로어
349: 연료 가스 재순환 라인
350: 배기 연료 가스 방출 라인
351: 배기 공기 냉각기
352: 제어 밸브
361: 순수 공급 라인
362: 펌프
370: 차압계
411: 터보차저
421: 압축기
422: 촉매 연소기(연소기)
423: 터빈
424: 회전축
430: 열교환기
441: 오리피스(압력 손실부)
442: 배열 회수 장치
443: 제어 밸브
444: 산화성 가스 블로 라인
445: 방출 밸브(추기 블로 밸브)
451: 제어 밸브
452: 블로어
453: 제어 밸브
454: 기동용 공기 공급 라인
455: 기동용 공기 가열 라인
456: 제어 밸브
457: 제어 밸브
458: 기동용 가열기
459: 제어 밸브
460: 제어 밸브
461: 촉매 연소부
462: 균압 공간(균압부)

Claims (9)

  1. 공기극과 연료극을 갖는 연료 전지와,
    터빈 및 압축기를 갖는 터보차저와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 배기 연료 가스를 연소기로 공급하는 배기 연료 가스 라인과,
    상기 연료 전지로부터 배출된 배기 산화성 가스를 상기 연소기로 공급하는 배기 산화성 가스 라인과,
    상기 연소기로부터 배출된 연소 가스를 상기 터빈으로 공급하는 연소 가스 공급 라인과,
    상기 터빈의 회전 구동에 의하여 상기 압축기로 압축한 산화성 가스를 상기 공기극으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인과,
    상기 배기 연료 가스 라인에 마련된 조정 밸브와,
    상기 조정 밸브를 제어하여 상기 연료 전지에 있어서의 상기 공기극의 압력과 상기 연료극의 압력의 차압을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 배기 산화성 가스 라인에는, 배기 산화성 가스를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않은 연료 전지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 연료 가스 라인 및 상기 배기 산화성 가스 라인에 접속되고, 배기 연료 가스와 배기 산화성 가스를 균압화하는 균압부를 구비하는 연료 전지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 균압부는, 상기 연소기에 있어서, 상기 배기 연료 가스와 상기 배기 산화성 가스가 공급되는 공통된 공간으로서 마련되어 있는 연료 전지 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 연소기는, 상기 균압부에서 상기 배기 연료 가스와 상기 배기 산화성 가스를 혼합시켜, 연소 촉매를 이용한 촉매 연소부에서 연소시키는 연료 전지 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 산화성 가스 라인에 마련되고, 배기 산화성 가스에 대하여 압력 손실을 부가하는 압력 손실부를 구비하는 연료 전지 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 연료 가스 라인에 접속되어 있으며, 배기 연료 가스를 대기 방출하는 배기 연료 가스 방출 라인과,
    상기 배기 연료 가스 방출 라인에 마련된 차단 밸브를 구비하는 연료 전지 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 연료극의 압력이 상기 공기극의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 상기 차단 밸브를 개방으로 하는 연료 전지 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화성 가스 공급 라인에 접속되어 있으며, 산화성 가스가 유통 가능한 블로 라인과,
    상기 블로 라인에 마련된 방출 밸브를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 공기극의 압력이 상기 연료극의 압력에 대하여 소정 값 이상이 된 경우에, 상기 방출 밸브를 개방으로 하는 연료 전지 시스템.
  9. 공기극과 연료극을 갖는 연료 전지와, 터빈 및 압축기를 갖는 터보차저와, 상기 연료 전지로부터 배출된 배기 연료 가스를 연소기로 공급하는 배기 연료 가스 라인과, 상기 연료 전지로부터 배출된 배기 산화성 가스를 상기 연소기로 공급하는 배기 산화성 가스 라인과, 상기 연소기로부터 배출된 연소 가스를 상기 터빈으로 공급하는 연소 가스 공급 라인과, 상기 터빈의 회전 구동에 의하여 상기 압축기로 압축한 산화성 가스를 상기 공기극으로 공급하는 산화성 가스 공급 라인과, 상기 배기 연료 가스 라인에 마련된 조정 밸브를 구비하고, 상기 배기 산화성 가스 라인에는, 배기 산화성 가스를 계 외로 방출하는 벤트 계통이 마련되어 있지 않은 연료 전지 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 조정 밸브를 제어하여 상기 연료 전지에 있어서의 상기 공기극의 압력과 상기 연료극의 압력의 차압을 제어하는 제어 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211265A (ja) 2012-02-27 2013-10-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合発電システム及び複合発電システムの運転方法
JP2016095940A (ja) 2014-11-12 2016-05-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備える複合発電システム、並びに、固体酸化物形燃料電池システムの停止方法
JP2018032472A (ja) 2016-08-22 2018-03-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料電池システム及びその制御方法、並びに、発電システム及びその制御方法
JP6591112B1 (ja) 2019-05-31 2019-10-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 加圧空気供給システム及びこの加圧空気供給システムを備える燃料電池システム並びにこの加圧空気供給システムの起動方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60115172A (ja) * 1983-11-25 1985-06-21 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP2001015134A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池とガスタービンの複合発電装置
JP2004247117A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電プラントの差圧制御装置
US8394552B2 (en) * 2006-09-19 2013-03-12 Hamilton Sundstrand Corporation Jet fuel based high pressure solid oxide fuel cell system
JP5161497B2 (ja) * 2007-06-15 2013-03-13 三菱重工業株式会社 高温型燃料電池および高温型燃料電池の制御方法
US9806357B2 (en) * 2013-11-14 2017-10-31 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP6472638B2 (ja) * 2014-10-30 2019-02-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 複合発電システム、その制御装置及び方法並びにプログラム
JP6103120B1 (ja) * 2016-02-12 2017-03-29 富士電機株式会社 燃料電池装置及び燃料電池装置の運転制御方法
JP6785441B2 (ja) * 2016-02-16 2020-11-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 高温動作型燃料電池モジュール
KR102132314B1 (ko) * 2018-02-23 2020-07-09 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 연료 전지의 온도 분포 제어 시스템, 연료 전지 및 온도 분포 제어 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211265A (ja) 2012-02-27 2013-10-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合発電システム及び複合発電システムの運転方法
JP2016095940A (ja) 2014-11-12 2016-05-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備える複合発電システム、並びに、固体酸化物形燃料電池システムの停止方法
JP2018032472A (ja) 2016-08-22 2018-03-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料電池システム及びその制御方法、並びに、発電システム及びその制御方法
JP6591112B1 (ja) 2019-05-31 2019-10-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 加圧空気供給システム及びこの加圧空気供給システムを備える燃料電池システム並びにこの加圧空気供給システムの起動方法

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