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JPH0217696B2 - - Google Patents
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JPH0217696B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0217696B2
JPH0217696B2 JP60196963A JP19696385A JPH0217696B2 JP H0217696 B2 JPH0217696 B2 JP H0217696B2 JP 60196963 A JP60196963 A JP 60196963A JP 19696385 A JP19696385 A JP 19696385A JP H0217696 B2 JPH0217696 B2 JP H0217696B2
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JP
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compressor
turbine
air supply
compressed air
turbo compressor
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JP60196963A
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Yoshuki Taguma
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

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
タービンの駆動力に利用し、タービンと同軸上に
設置されたコンプレツ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ツサシステム
の起動方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention utilizes exhaust gas energy from a system to drive a turbine, and supplies the air required by the system by a compressor installed coaxially with the turbine. This relates to a method for starting a turbo compressor system.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種のターボコンプレツサシステムはシステ
ムの排ガ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。以下一例としてこの燃料電池発電
システムについて説明する。
This type of turbo compressor system does not waste the exhaust gas energy of the system.
Energy is effectively recovered within the system, and a typical example is a fuel cell power generation system. This fuel cell power generation system will be described below as an example.

燃料電池発電システムは、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、実用化を目指し近年盛んに開発が
進められている。燃料電池発電システムは、空気
極、燃料極及び電解質層から成る燃料電池本体
と、天然ガス等の炭化水素系燃料を改質して燃料
電池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
ーボコンプレツサを備えている。燃料電池本体の
性能は反応ガスの圧力の増大によつて向上する傾
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4〜6Kg/cmg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焼排ガス
及び燃料電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ツサのタービンによりまかな
われる。即ち、このターボコンプレツサは、シス
テムの排ガスエネルギーをタービンで回収し、同
軸上のコンプレツサで必要な圧縮空気を供給する
ことによつてシ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。
Fuel cell power generation systems have advantages over conventional steam power generation, such as higher efficiency and better environmental protection, and have been actively developed in recent years with the aim of putting them into practical use. A fuel cell power generation system consists of a fuel cell body consisting of an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte layer, and a reformer that reforms hydrocarbon fuel such as natural gas and supplies hydrogen gas as fuel to the fuel cell body. , a turbo compressor that supplies air to the fuel cell body and reformer. The performance of the fuel cell main body tends to improve as the pressure of the reactant gas increases, and therefore the operating pressures of fuel, air, and each reactant gas are maintained at, for example, about 4 to 6 kg/cmg. At this time, a large amount of power is required to compress the air, but this power is provided by the turbine of the turbo compressor, which introduces the combustion exhaust gas from the reformer and surplus air from the air electrode of the fuel cell main body. In other words, this turbo compressor uses a turbine to recover energy from the system's exhaust gas, and a coaxial compressor supplies the necessary compressed air, thereby recovering power within the system and improving system efficiency. be.

さて、このような燃料電池発電システムにおい
て、システムを起動するには先ずターボコンプレ
ツサを起動させる必要があるが、初期には駆動源
となるシステム排ガスが得られないため何らかの
外部エネルギーを付与してターボコンプレツサを
立ち上げる必要がある。このため、起動用圧縮空
気供給装置を使用するのが一般的であるが、この
具体的な従来の方法として、例えば特願昭59−
17434号公報に開示されているものがあり、その
実施例を簡略化して第3図に示す。図において、
1は燃料電池本体、改質器等で構成されるシステ
ム、2はシステム1からの排ガスによつて駆動さ
れシステム1に必要な圧縮空気を供給するタービ
ン2aとこのタービン2aと同軸上に配置された
コンプレツサ2bとから成るターボコンプレツ
サ、3はこのターボコンプレツサ2のコンプレツ
サ2bの入口側に配置された給気配管、4はこの
給気配管3に設置された弁、5は起動用圧縮空気
供給装置、6はこの起動用圧縮空気供給装置5か
らの空気をコンプレツサ2bの入口側給気配管3
に導く導入配管、7はこの導入配管6上に設置さ
れた弁、8はコンプレツサ2bの出口側に設置さ
れコンプレツサ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、9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、10はタービン2aからの排ガスを排出する
タービン排ガス配管、11はシステム排ガス配管
9とタービン排ガス配管10とをタービン2aを
バイパスして接続するタービンバイパス配管、1
2はこのタービンバイパス配管11上に設置した
タービンバイパス弁である。
Now, in such a fuel cell power generation system, in order to start the system, it is first necessary to start the turbo compressor, but since the system exhaust gas that serves as the driving source cannot be obtained in the initial stage, some external energy must be applied. It is necessary to start up the turbo compressor. For this reason, it is common to use a compressed air supply device for startup, but as a specific conventional method, for example,
There is a device disclosed in Japanese Patent No. 17434, and an example thereof is shown in FIG. 3 in a simplified manner. In the figure,
1 is a system consisting of a fuel cell main body, a reformer, etc.; 2 is a turbine 2a that is driven by the exhaust gas from system 1 and supplies the compressed air necessary for system 1; and is arranged coaxially with this turbine 2a. 3 is an air supply pipe arranged on the inlet side of the compressor 2b of this turbo compressor 2, 4 is a valve installed in this air supply pipe 3, and 5 is a compressed air for starting. A supply device 6 supplies air from this startup compressed air supply device 5 to the air supply pipe 3 on the inlet side of the compressor 2b.
7 is a valve installed on the introduction pipe 6, 8 is an air supply pipe installed on the outlet side of the compressor 2b to supply air from the compressor 2b to the system 1, and 9 is an air supply pipe from the system 1. 10 is a turbine exhaust gas pipe that discharges the exhaust gas from the turbine 2a; 11 is a turbine bypass pipe that connects the system exhaust gas pipe 9 and the turbine exhaust gas pipe 10 by bypassing the turbine 2a; 1
2 is a turbine bypass valve installed on this turbine bypass piping 11.

次いで、上記の様に構成された従来のシステム
において、ターボコンプレツサ2の起動動作を説
明する。システム始動時において、まず弁4を閉
じ、弁7を開いて起動用圧縮空気供給装置5を起
動する。起動用圧縮空気供給装置5から吐出され
る圧縮空気はコンプレツサ2bを通過し、空気供
給配管8を経由してシステム1の中の改質器(図
示せず)に供給される。この状態でシステム1の
改質器に燃料を投入して燃焼をスタートする。改
質器からの、即ちシステム1からの燃焼排ガス
は、システム排ガス配管9を通つてタービン2a
に戻つたあとタービン排ガス配管10を経て大気
に放出される。この間、改質器の温度が上昇し、
これに伴い排ガス温度も上昇し、ある時点からタ
ーボコンプレツサ2が回転を始める。そして、こ
の排ガス温度がターボコンプレツサ2を自力運転
させるのに十分な温度に到達した時点で、弁4を
開き、起動用圧縮空気供給装置5を停止させて弁
7を閉じる。これにより、ターボコンプレツサ2
はシステム1の排ガスエネルギーを得て自力運転
状態となる。尚、以上の過程において、タービン
バイパス弁12は、ターボコンプレツサ2の過負
荷を調整するためのもので、適時調整を行つて過
負荷を防止する。この様にしてターボコンプレツ
サ2の起動が完了し、このあとシステム1の要求
に応じてターボコンプレツサ2より必要な風量、
風圧の圧縮空気が供給される。
Next, the starting operation of the turbo compressor 2 in the conventional system configured as described above will be explained. When starting the system, first, valve 4 is closed, valve 7 is opened, and starting compressed air supply device 5 is started. Compressed air discharged from the startup compressed air supply device 5 passes through the compressor 2b and is supplied to a reformer (not shown) in the system 1 via the air supply piping 8. In this state, fuel is introduced into the reformer of system 1 and combustion is started. The combustion exhaust gas from the reformer, i.e. from the system 1, passes through the system exhaust gas piping 9 to the turbine 2a.
After returning to the atmosphere, it is discharged to the atmosphere through the turbine exhaust gas pipe 10. During this time, the temperature of the reformer increases,
Along with this, the exhaust gas temperature also rises, and the turbo compressor 2 starts rotating at a certain point. When the exhaust gas temperature reaches a temperature sufficient to allow the turbo compressor 2 to operate on its own, the valve 4 is opened, the starting compressed air supply device 5 is stopped, and the valve 7 is closed. As a result, turbo compressor 2
obtains exhaust gas energy from system 1 and becomes self-operating. In the above process, the turbine bypass valve 12 is used to adjust the overload of the turbo compressor 2, and is adjusted in a timely manner to prevent overload. In this way, the startup of the turbo compressor 2 is completed, and after that, the required air volume is set by the turbo compressor 2 according to the request of the system 1.
Compressed air at wind pressure is supplied.

さてこの様な従来技術の特徴の1つとして、起
動用圧縮空気供給装置5からの始動空気をコンプ
レツサ2bの入口側へ供給するようにしているの
で、始動運転モードにおいてもコンプレツサ2b
の流量を十分に確保することができ、このため始
動時に発生し易いサージングを防止することがで
きる点が挙げられる。さらにもう1つの特徴は、
システム1の排ガスエネルギーを有効に利用して
ターボコンプレツサ2を立ち上げる方式としてい
るので、ターボコンプレツサ起動のために他の余
分なエネルギーを必要としない点である。即ち、
燃料電池発電システムにおいては、改質器まわり
の昇温に数時間の時間を要するが、これを起動用
圧縮空気供給装置5からの空気を用いて行わせ、
昇温後に排ガスエネルギーを利用してターボコン
プレツサ2の立上げ、昇圧を行わせようとするも
ので、ターボコンプレツサ2の起動に要するエネ
ルギーを小さく抑えることができる。
Now, one of the features of such conventional technology is that the starting air from the starting compressed air supply device 5 is supplied to the inlet side of the compressor 2b, so even in the starting operation mode, the starting air is supplied to the inlet side of the compressor 2b.
It is possible to secure a sufficient flow rate of the engine, thereby preventing surging that tends to occur during startup. Yet another feature is
Since the exhaust gas energy of the system 1 is effectively used to start up the turbo compressor 2, no other extra energy is required to start up the turbo compressor. That is,
In a fuel cell power generation system, it takes several hours to raise the temperature around the reformer, but this is done using air from the startup compressed air supply device 5,
The exhaust gas energy is used to start up the turbo compressor 2 and increase the pressure after the temperature has been raised, and the energy required to start up the turbo compressor 2 can be kept small.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかるにこのような従来構成のものは、起動用
圧縮空気供給装置5からの始動空気が、コンプレ
ツサ〜システム〜タービンをシリースに通過する
ため、この圧力損失がきわめて大きく、したがつ
てシステム始動時において昇温に必要な空気を供
給するために起動用圧縮空気供給装置5の容量を
相当に大きくしなければならないという問題点が
あつた。即ち、システムの昇温過程ではまだター
ボコンプレツサ2は起動していないため、コンプ
レツサ2b、タービン2aの通気抵抗は大きく、
この分起動用圧縮空気供給装置5の吐出圧力を高
くする必要があつた。またシステムの昇温後、タ
ーボコンプレツサ2を停止状態から起動させるに
は、適当なタービン2aの入口ガス圧力条件(例
えば0.5Kg/cmG程度)を必要とするが、この従
来構成では、コンプレツサ通過時の圧力損失が大
きく、このためにも起動用圧縮空気供給装置5の
吐出圧力を高くする必要があつた。
However, in such a conventional configuration, the starting air from the starting compressed air supply device 5 passes through the compressor, system, and turbine in series, resulting in an extremely large pressure loss. There was a problem in that the capacity of the starting compressed air supply device 5 had to be considerably increased in order to supply the air necessary for heating. That is, since the turbo compressor 2 has not yet been started during the temperature rising process of the system, the ventilation resistance of the compressor 2b and the turbine 2a is large.
For this reason, it was necessary to increase the discharge pressure of the starting compressed air supply device 5. Furthermore, in order to start the turbo compressor 2 from a stopped state after the temperature of the system has increased, appropriate inlet gas pressure conditions of the turbine 2a (for example, about 0.5 kg/cmG) are required. The pressure loss during this time was large, and for this reason as well, it was necessary to increase the discharge pressure of the starting compressed air supply device 5.

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、小さい容量の起動用圧縮空気
供給装置で容易に且つ安定してターボコンプレツ
サを立ち上げることができるターボコンプレツサ
システムを提供するものである。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and provides a turbo compressor system that can easily and stably start up a turbo compressor with a small capacity starting compressed air supply device. It is something to do.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るターボコンプレツサシステム
は、コンプレツサの入口側配管と出口側配管との
間を弁を介して接続するコンプレツサバイパス配
管、タービンの入口側配管と出口側配管との間を
弁を介して接続するタービンバイパス配管を設置
し、システム起動時に起動用圧縮空気供給装置か
らの空気をこのコンプレツサバイパス配管を通過
させてシステムに供給し、またシステムからの排
ガスをこのタービンバイパス配管を通過させてシ
ステムの昇温を行うようにしたことを特徴とす
る。またシステムの昇温後は起動用圧縮空気供給
装置からの空気をコンプレツサバイパス配管に導
いた状態で、タービンバイパス回路の開閉弁を閉
じてターボコンプレツサを立上げるようにした。
The turbo compressor system according to the present invention includes compressor bypass piping that connects the inlet side piping and outlet side piping of the compressor via a valve, and compressor bypass piping that connects the inlet side piping and the outlet side piping of the turbine through the valve. A turbine bypass piping is installed to connect to the compressor bypass piping, and when the system is started, air from the startup compressed air supply device passes through this compressor bypass piping and is supplied to the system, and exhaust gas from the system is passed through this turbine bypass piping. The system is characterized in that the temperature of the system is increased. In addition, after the temperature of the system was raised, the turbo compressor was started by closing the on-off valve of the turbine bypass circuit while introducing air from the startup compressed air supply device to the compressor bypass piping.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるターボコンプレツサシステム
は、システム起動時の昇温過程で、起動用圧縮空
気供給装置からの圧縮空気及びシステムからの排
ガスがそれぞれコンプレツサ、タービンをバイパ
スするので、経路の圧力損失は殆どシステムの通
過分のみとなり、起動用圧縮空気供給装置の容量
を小さくできるとともに、起動時に要する消費エ
ネルギーが軽減する。またターボコンプレツサ起
動時は起動用圧縮空気供給装置からの圧縮空気
を、コンプレツサをバイパスしてタービンに投入
させるため、十分なタービン入口圧力を維持する
ことができ、容易にターボコンプレツサが立ち上
がる。
In the turbo compressor system of the present invention, the compressed air from the startup compressed air supply device and the exhaust gas from the system bypass the compressor and turbine, respectively, during the temperature rise process at system startup, so that the pressure loss in the path is almost eliminated from the system. The capacity of the starting compressed air supply device can be reduced, and the energy consumption required during starting can be reduced. Furthermore, when the turbo compressor is started, the compressed air from the startup compressed air supply device is injected into the turbine bypassing the compressor, so that sufficient turbine inlet pressure can be maintained and the turbo compressor can easily start up.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下この発明の一実施例を第1図に基いて説明
する。図において、1〜10は第3図に示す従来
の構成と同じものである。13はコンプレツサ2
bの入口側の給気配管3とコンプレツサ2bの出
口側の空気供給配管8との間を接続するコンプレ
ツサバイパス配管、14はこのコンプレツサバイ
パス配管13上に設置した開閉弁、15はタービ
ン2aの上流側のシステム排ガス配管9とタービ
ン2aの下流側のタービン排ガス配管10との間
を接続するタービンバイパス配管、16はこのタ
ービンバイパス配管15上に設置した開閉弁であ
り、これらのバイパス配管13,15及び開閉弁
14,16はいずれも、システム起動時の供給空
気またはシステム排ガスの通過に対し圧力損失が
十分小さくなるように口径が選定されたものであ
る。17はタービン動力の不足を補うための補助
燃焼器、18は空気供給配管8から分岐して補助
燃焼器17へ燃焼用空気を供給するための空気供
給配管、19はこの空気供給配管18上に設置さ
れた調節弁である。なお、この実施例では、必要
なコンプレツサ負荷に対しタービン動力が不足す
る例を挙げており、このためにシステム排ガス配
管9の途上に補助燃焼器17を配置している。第
3図の従来例では補助燃焼器17は設置されてい
ないが、一般にはタービン動力が不足するため補
助燃焼器17を必要とする。但しこの様なシステ
ムに補助燃焼器17を設置すること自体は従来技
術によるもので、例えばその一例が特願昭59−
202804号公報に示されているとおりである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the figure, numerals 1 to 10 are the same as the conventional structure shown in FIG. 13 is compressor 2
A compressor bypass pipe connects between the air supply pipe 3 on the inlet side of compressor 2b and the air supply pipe 8 on the outlet side of the compressor 2b, 14 is an on-off valve installed on this compressor bypass pipe 13, and 15 is a turbine 2a. Turbine bypass piping 16 connects between the system exhaust gas piping 9 on the upstream side of the turbine 2a and the turbine exhaust gas piping 10 on the downstream side of the turbine 2a, 16 is an on-off valve installed on this turbine bypass piping 15; , 15 and the on-off valves 14, 16, the diameters are selected so that the pressure loss is sufficiently small for the passage of supply air or system exhaust gas at the time of system startup. Reference numeral 17 indicates an auxiliary combustor to compensate for the lack of turbine power; 18 indicates an air supply pipe branching from the air supply pipe 8 to supply combustion air to the auxiliary combustor 17; and 19 indicates an air supply pipe on the air supply pipe 18. This is the installed control valve. In this embodiment, an example is given in which the turbine power is insufficient for the necessary compressor load, and for this reason, an auxiliary combustor 17 is arranged in the middle of the system exhaust gas piping 9. Although the auxiliary combustor 17 is not installed in the conventional example shown in FIG. 3, the auxiliary combustor 17 is generally required due to insufficient turbine power. However, the installation of the auxiliary combustor 17 in such a system is based on conventional technology, and one example is the patent application filed in 1983-
As shown in Publication No. 202804.

次いで第1図の実施例の動作について説明す
る。システム始動時に、まず弁4,19を閉じ、
弁7,14,16を開いた状態で起動用圧縮空気
供給装置5を起動する。起動用圧縮空気供給装置
5からの圧縮空気はコンプレツサ2bとコンプレ
ツサバイパス配管13の両方を通過するが、コン
プレツサ2bの側の通風抵抗がきわめて大きいた
め大半の圧縮空気がコンプレツサバイパス配管1
3の方を通つて空気供給配管8に至りシステム1
に投入される。この状態でシステム1の改質器
(図示せず)に燃料を投入して燃焼をスタートす
る。この燃焼排ガスはシステム排ガスとして、シ
ステム排ガス配管9を通り、タービン2aとター
ビンバイパス配管15を並列に流れ、タービン排
ガス配管10を経て大気に放出される。このとき
もタービン2aの通風抵抗が大きいため大半の排
ガスがタービンバイパス配管15の方を通過す
る。このような空気及び排ガスの通風経路を構成
してシステム1の昇温が行われる。この構成では
起動用圧縮空気供給装置5の吐出側から排ガス放
出に至る間の系統の圧力損失が殆どシステ1内の
圧力損失で占められるのみとなり、従来の方式に
比べ著しく系統の圧力損失を低減できる。したが
つて、この構成では、殆どシステム1内の圧力損
失に見合う分の吐出圧力をもつ起動用圧縮空気供
給装置5を用意すれば良く、設備容量の低減、さ
らには起動時の消費エネルギーの低減の効果が得
られる。さて、システム1の温度が上昇し、排ガ
ス温度もある程度上昇してくれば次にターボコン
プレツサ2の起動動作に移る。ターボコンプレツ
サ起動のタイミングは、第3図の従来例では、シ
ステム排ガス温度がターボコンプレツサ起動の条
件を満たす時点であつたが、第1図の例では補助
燃焼器17を設置しているため、システム排ガス
のもつエネルギーがターボコンプレツサ2の起動
及び自力運転に十分でなくても随時ターボコンプ
レツサ2の起動をかけることができる。まずター
ビンバイパス配管15の開閉弁16を閉にする。
これによりシステム排ガスの全量がタービン2a
を通過しようとするが、タービン2aの通風抵抗
が大きく通過量が制限されるため、システム1内
のバツフア容積効果により、系内圧力が徐々に上
昇する。こうして、ターボコンプレツサ2の起動
に必要なタービン入口圧力条件が成立すればター
ボコンプレツサ2が起動を始める。このとき、タ
ーボコンプレツサ2を起動させるのに、タービン
入口温度が不足していれば、起動に先立ち、補助
燃焼器17の燃焼をスタートさせれば良い。補助
燃焼器17の燃焼は、空気供給配管18の調節弁
19を開き、同時に燃料を投入して行う。このよ
うな方式では、コンプレツサ2bをバイパスして
立上げを行うので、従来の方式に比し起動用圧縮
空気供給装置5の容量に低減することができる。
一旦ターボコンプレツサ2が起動すれば、コンプ
レツサ2bは回転によつて送風の仕事を始めよう
とするので、起動用圧縮空気供給装置5からの空
気はコンプレツサ2bを通過するようになる。コ
ンプレツサ2bが送風の仕事を開始する時点でコ
ンプレツサバイパス配管13の開閉弁14を閉に
すれば昇圧の態勢が整う。コンプレツサ2bが送
風の仕事を開始するか否かのタイミングは、ター
ボコンプレツサ2の回転数で判断しても良いし、
或はコンプレツサ2bの吸込圧力と吐出圧力の差
で判断することもできる。このあと、補助燃焼器
17の燃焼が行われていなければ燃焼を開始す
る。補助燃焼器17の燃焼によつてタービン2a
への入口ガス温度が上昇し、これに伴つてタービ
ン動力が増加し、ターボコンプレツサ2の回転数
が上昇してコンプレツサ2bの風量と吐出圧力が
増加する。この間起動用圧縮空気供給装置5から
の圧縮空気は継続してコンプレツサ2bの吸込側
に押し込まれるので、コンプレツサ2bは比較的
小さい圧縮比で十分な風量が確保され、安定した
起動・昇圧動作が行われる。この後、ターボコン
プレツサ2の自力運転に必要なタービン入口ガス
条件に到達した時点で、弁4を開き起動用圧縮空
気供給装置5を停止させ、弁7を閉じてターボコ
ンプレツサ2の自力運転状態を実現する。起動用
圧縮空気供給装置5を停止させる時期は、起動用
圧縮空気供給装置5の吐出圧力、即ちコンプレツ
サ2bの吸込圧力が0Kg/cmG(大気圧)付近ま
で下がつた時点としても良い。これでターボコン
プレツサ2の起動が完了し、このあとはシステム
1の要求に応じてターボコンプレツサ2より必要
な風量、風圧の圧縮空気が供給される。
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be explained. When starting the system, first close valves 4 and 19,
Start-up compressed air supply device 5 is started with valves 7, 14, and 16 open. The compressed air from the startup compressed air supply device 5 passes through both the compressor 2b and the compressor bypass piping 13, but since the ventilation resistance on the compressor 2b side is extremely large, most of the compressed air passes through the compressor bypass piping 1.
3 to the air supply pipe 8 and system 1
will be put into the In this state, fuel is introduced into the reformer (not shown) of system 1 and combustion is started. This combustion exhaust gas passes through the system exhaust gas piping 9, flows through the turbine 2a and the turbine bypass piping 15 in parallel, and is discharged into the atmosphere via the turbine exhaust gas piping 10 as a system exhaust gas. Also at this time, since the ventilation resistance of the turbine 2a is large, most of the exhaust gas passes through the turbine bypass pipe 15. The temperature of the system 1 is raised by configuring such a ventilation path for air and exhaust gas. With this configuration, the pressure loss in the system from the discharge side of the startup compressed air supply device 5 to the exhaust gas discharge is almost exclusively accounted for by the pressure loss within the system 1, and the pressure loss in the system is significantly reduced compared to the conventional system. can. Therefore, in this configuration, it is sufficient to prepare the startup compressed air supply device 5 with a discharge pressure that is almost equal to the pressure loss within the system 1, which reduces the equipment capacity and further reduces the energy consumption during startup. The effect of this can be obtained. Now, when the temperature of the system 1 rises and the exhaust gas temperature also rises to a certain extent, the next step is to start the turbo compressor 2. In the conventional example shown in Fig. 3, the timing for starting the turbo compressor was when the system exhaust gas temperature satisfied the conditions for starting the turbo compressor, but in the example shown in Fig. 1, the auxiliary combustor 17 was installed. Even if the energy of the system exhaust gas is not sufficient for starting the turbo compressor 2 and operating it on its own, the turbo compressor 2 can be started at any time. First, the on-off valve 16 of the turbine bypass pipe 15 is closed.
As a result, the entire amount of system exhaust gas is transferred to the turbine 2a.
However, because the ventilation resistance of the turbine 2a is large and the amount of air passing through is limited, the internal pressure of the system gradually increases due to the buffer volume effect within the system 1. In this way, when the turbine inlet pressure conditions necessary for starting the turbo compressor 2 are established, the turbo compressor 2 starts starting. At this time, if the turbine inlet temperature is insufficient to start the turbo compressor 2, combustion in the auxiliary combustor 17 may be started prior to starting. Combustion in the auxiliary combustor 17 is performed by opening the control valve 19 of the air supply pipe 18 and simultaneously supplying fuel. In such a system, the compressor 2b is bypassed for startup, so that the capacity of the startup compressed air supply device 5 can be reduced compared to the conventional system.
Once the turbo compressor 2 is started, the compressor 2b tries to start blowing air by rotation, so that the air from the starting compressed air supply device 5 comes to pass through the compressor 2b. If the on-off valve 14 of the compressor bypass piping 13 is closed when the compressor 2b starts blowing air, the pressure is ready to increase. The timing of whether or not the compressor 2b starts blowing air may be determined based on the rotation speed of the turbo compressor 2.
Alternatively, the determination can be made based on the difference between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor 2b. After this, if combustion is not being performed in the auxiliary combustor 17, combustion is started. Due to combustion in the auxiliary combustor 17, the turbine 2a
The temperature of the inlet gas increases, the turbine power increases accordingly, the rotational speed of the turbo compressor 2 increases, and the air volume and discharge pressure of the compressor 2b increase. During this time, the compressed air from the startup compressed air supply device 5 is continuously pushed into the suction side of the compressor 2b, so that the compressor 2b has a relatively low compression ratio to ensure sufficient air volume and perform stable startup and boosting operations. be exposed. After that, when the turbine inlet gas conditions necessary for self-operation of the turbo compressor 2 are reached, valve 4 is opened to stop the starting compressed air supply device 5, and valve 7 is closed to allow the turbo compressor 2 to operate on its own. Realize the state. The starting compressed air supply device 5 may be stopped when the discharge pressure of the starting compressed air supply device 5, that is, the suction pressure of the compressor 2b has decreased to around 0 kg/cmG (atmospheric pressure). This completes the startup of the turbo compressor 2, and thereafter compressed air of the required air volume and pressure is supplied from the turbo compressor 2 according to the request of the system 1.

なお上記実施例では、コンプレツサバイパス配
管13上に開閉弁14を設置した例を述べたが、
この開閉弁の代りに逆止弁を用いても良く同じ効
果を奏する。逆止弁を使用した実施例を第2図に
示す。図において20は逆止弁を示し、この場合
逆止弁20はコンプレツサ2bの出口側の空気供
給配管8からコンプレツサ2bの入口側の給気配
管3への逆流を防止する方向に取付ける。この逆
止弁20を用いたシステムでは、コンプレツサ2
bが送風の仕事を開始する時点、即ちコンプレツ
サ2bの吐出圧力が吸込圧力を上回る時点で自動
的に逆止弁20が閉になるので、第1図の実施例
を必要としたこの時点での開閉弁の閉操作が不要
となる。
In the above embodiment, an example was described in which the on-off valve 14 was installed on the compressor bypass piping 13.
A check valve may be used instead of this on-off valve and the same effect can be achieved. An embodiment using a check valve is shown in FIG. In the figure, 20 indicates a check valve, and in this case, the check valve 20 is installed in a direction to prevent backflow from the air supply pipe 8 on the outlet side of the compressor 2b to the air supply pipe 3 on the inlet side of the compressor 2b. In a system using this check valve 20, the compressor 2
Since the check valve 20 is automatically closed when the compressor 2b starts blowing air, that is, when the discharge pressure of the compressor 2b exceeds the suction pressure, the embodiment shown in FIG. There is no need to close the on-off valve.

また、コンプレツサ2bの入口側の給気配管3
上の弁4を逆止弁に置き換えても良く、さらに導
入配管6上の弁7は省略しても良く、それぞれ第
1図、第2図に示す実施例と同様の効果を奏す
る。
In addition, the air supply pipe 3 on the inlet side of the compressor 2b
The upper valve 4 may be replaced with a check valve, and the valve 7 on the introduction pipe 6 may be omitted, and the same effects as in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.

また第1図、第2図の実施例では、システム排
ガス配管9の途上に補助燃焼器17を設置した例
を述べたが、ターボコンプレツサ2を起動、自力
運転させるのにシステム1の排ガスのエネルギー
のみで十分な場合は、補助燃焼器17を省略して
も良い。
Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the auxiliary combustor 17 is installed in the middle of the system exhaust gas piping 9. If energy alone is sufficient, the auxiliary combustor 17 may be omitted.

また、上記実施例では、システム1の昇温後に
ターボコンプレツサ2を起動させる例を示した
が、補助燃焼器17を設置したものでは、システ
ム1の昇温を待たずに随時ターボコンプレツサ2
を起動させることができる。但しシステム1の昇
温後にその排ガスエネルギーを利用してターボコ
ンプレツサ2を立上げる方が、補助燃焼器17の
容量を低減できる点、及びエネルギー消費量を低
減できる点で望ましい。
Further, in the above embodiment, an example was shown in which the turbo compressor 2 is started after the temperature of the system 1 is increased, but in the case where the auxiliary combustor 17 is installed, the turbo compressor 2 is activated at any time without waiting for the temperature of the system 1 to increase.
can be started. However, it is preferable to use the exhaust gas energy to start up the turbo compressor 2 after the temperature of the system 1 has been increased, since the capacity of the auxiliary combustor 17 can be reduced and the amount of energy consumed can be reduced.

ところで、上記実施例では燃料電池発電システ
ムを対象とした場合について述べたが、その他化
学プラント等のシステムを対象とできることは言
うまでもなく、要するにターボコンプレツサを利
用するシステムにこの発明を適用することがで
き、上記実施例と同様の効果を奏する。
By the way, in the above embodiment, the case where the target is a fuel cell power generation system is described, but it goes without saying that the present invention can be applied to other systems such as chemical plants, and in short, the present invention can be applied to a system using a turbo compressor. This embodiment has the same effect as the above embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、コンプレツ
サの入口側配管と出口側配管を弁を介して接続す
るコンプレツサバイパス配管、及びタービンの入
口側配管と出口側配管とを弁を介して接続するタ
ービンバイパス配管を設置したことにより、比較
的容量の小さい起動用圧縮空気供給装置を使用し
て、システムの昇温に必要な空気を供給すること
ができ、また容易に且つ安定してターボコンプレ
ツサを起動させることができる。
As described above, according to the present invention, the compressor bypass piping connects the inlet side piping and the outlet side piping of the compressor via the valve, and the compressor bypass piping connects the inlet side piping and the outlet side piping of the turbine via the valve. By installing the turbine bypass piping, it is possible to supply the air necessary to raise the temperature of the system using a relatively small-capacity starting compressed air supply device, and it is also possible to easily and stably supply the air needed to raise the temperature of the system. can be started.

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

第1図はこの発明の一実施例によるターボコン
プレツサシステムの起動方法を示す系統図、第2
図はこの発明の他の実施例によるターボコンプレ
ツサシステムの起動方法を示す系統図、第3図は
従来のターボコンプレツサシステムの起動方法を
示す系統図である。 図において、1はシステム、2はターボコンプ
レツサ、2aはタービン、2bはコンプレツサ、
3は給気配管、5は起動用圧縮空気供給装置、8
は空気供給配管、9はシステム排ガス配管、13
はコンプレツサバイパス配管、14は開閉弁、1
5はタービンバイパス配管、16は開閉弁、20
は逆止弁である。尚、図中同一符号は同一、又は
相当部分を示す。
FIG. 1 is a system diagram showing a method for starting a turbo compressor system according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a system diagram showing a method for starting a turbo compressor system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a system diagram showing a method for starting a conventional turbo compressor system. In the figure, 1 is a system, 2 is a turbo compressor, 2a is a turbine, 2b is a compressor,
3 is an air supply pipe, 5 is a compressed air supply device for startup, 8
is air supply piping, 9 is system exhaust gas piping, 13
is compressor bypass piping, 14 is on-off valve, 1
5 is a turbine bypass pipe, 16 is an on-off valve, 20
is a check valve. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 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上記シス
テムに必要な圧縮空気を供給するコンプレツサと
から構成されるターボコンプレツサと、上記コン
プレツサの入口側配管に設置された起動用圧縮空
気供給装置とを備えたターボコンプレツサシステ
ムにおいて、上記コンプレツサの入口側配管と出
口側配管との間を弁を介して接続するコンプレツ
サバイパス配管、及び上記タービンの入口側配管
と出口側配管との間を弁を介して接続するタービ
ンバイパス配管を設置し、上記システムの起動時
に、上記起動用圧縮空気供給装置からの空気を上
記コンプレツサバイパス配管に導くとともに上記
システムからの排ガスを上記タービンバイパス配
管に導くようにし、さらに上記ターボコンプレツ
サの起動時に、上記起動用圧縮空気供給装置から
の空気を上記コンプレツサバイパス配管に導いた
状態で上記タービンバイパス配管の弁を閉じ、上
記ターボコンプレツサの起動後に上記コンプレツ
サバイパス配管の弁を閉じるようにしたことを特
徴とするターボコンプレツサシステム。 2 コンプレツサバイパス配管上に介する弁は、
逆止弁であることを特徴とする特許請求範囲第1
項記載のターボコンプレツサシステム。
[Claims] 1. A turbo compressor comprising a turbine driven by exhaust gas from the system and a compressor coaxially and directly connected to the turbine to supply compressed air necessary for the system, and an inlet of the compressor. In a turbo compressor system equipped with a starting compressed air supply device installed in a side pipe, the compressor bypass pipe connects the inlet side pipe and the outlet side pipe of the compressor via a valve, and the turbine A turbine bypass piping is installed to connect the inlet side piping and the outlet side piping via a valve, and when the system is started, air from the startup compressed air supply device is guided to the compressor bypass piping. Exhaust gas from the system is guided to the turbine bypass piping, and when the turbo compressor is started, air from the startup compressed air supply device is guided to the compressor bypass piping. A turbo compressor system characterized in that the valve of the compressor bypass piping is closed after the turbo compressor is started. 2 The valves on the compressor bypass piping are
Claim 1 characterized in that it is a check valve.
Turbo compressor system as described in section.
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