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JPH0317353B2 - - Google Patents
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JPH0317353B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0317353B2
JPH0317353B2 JP59202687A JP20268784A JPH0317353B2 JP H0317353 B2 JPH0317353 B2 JP H0317353B2 JP 59202687 A JP59202687 A JP 59202687A JP 20268784 A JP20268784 A JP 20268784A JP H0317353 B2 JPH0317353 B2 JP H0317353B2
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JP
Japan
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pressure
air
compressor
fuel cell
turbine
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JP59202687A
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Japanese (ja)
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Hisashi Mitani
Toshiichi Suefuji
Yoshuki Taguma
Manabu Hibino
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Mitsubishi Electric Corp
Shimazu Seisakusho KK
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Shimazu Seisakusho KK
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Publication date
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    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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 control method for a fuel cell power generation system equipped with a turbo compressor.

[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
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、その実用化を目指して開発が活性化してい
る。
[Conventional technology] 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, not only power supplies for special purposes such as space exploration, but also
Various uses are being considered for use as a power source for commercial power, and development efforts are being activated with the aim of putting it into practical use.

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つて向上する傾
向を示す。このため前記各反応ガスの動作圧力
は、例えば4〜6Kg/cm2g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。した
がつて、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、シス
テムの効率向上に大きな効果がある。
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 a hydrocarbon fuel such as natural gas that is reformed to supply hydrogen gas as fuel to the hydrogen electrode. A reformer for supplying air, and an air supply means for supplying air to the air electrode and the reformer. 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/cm 2 g, for example. At this time, compressing the air requires a large amount of power, amounting 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. Therefore, if the power for compressing air can be obtained from the exhaust gas energy of the system, it will have a significant effect on improving the efficiency of the system.

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
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ツ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。
Under these circumstances, in 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 excess air at the air electrode outlet of the fuel cell and exhaust gas from the reformer;
The compressor is directly connected to the turbine and is energized by the turbine to supply compressed air necessary for the fuel cell and the reformer.The turbine uses the energy contained in the exhaust gas, etc. The system aims to improve system efficiency by collecting and using the air to compress it.

ところで、このような燃料電池発電システムに
おいては、定常運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バ現象を防ぐ
ため、定常運転時であると、負荷変動時であると
を問わずに一定値に保つ制御が要求される。
Incidentally, such a fuel cell power generation system requires stable control during steady operation and wide and quick load response control as a so-called power generation system. Thus, the amount of air supplied to the fuel cell and reformer is e.g. 25-100%
Fluctuation control is required within the range of . On the other hand, the pressure of the air supplied to the fuel cell is adjusted during steady operation in order to maintain the characteristics of the fuel cell and to suppress the differential pressure with the fuel side pressure and prevent gas leakage between the two electrodes, that is, the crossover phenomenon. Therefore, control is required to maintain a constant value regardless of load fluctuations.

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、1は燃料電池であり、1a,1
b,1cはそれぞれ燃焼電池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
素リツチガスに変換するための改質器であり、2
a,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ツ
サ部分を示す。4,5,6はコンプレツサ吐出圧
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
量調節弁、8は流量発信器、9は流量コントロー
ラである。10はコンプレツサ3bからの空気を
燃料電池1へ導く空気供給配管(コンプレツサ吐
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からの燃料排ガス配管、13は
前記余剰景気配管11と前記燃料排ガス配管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は圧力調整
弁、16はコンプレツ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1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へ燃料用として供
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 concrete example of this method, a conventional example proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 12268/1982 is shown in FIG. In the figure, 1 is a fuel cell, 1a, 1
b and 1c indicate the air electrode, fuel electrode, and electrolyte portion of the combustion cell 1, respectively. 2 is a reformer for converting hydrocarbon fuel into hydrogen-rich gas;
a and 2b indicate a burner section and a reaction section of the reformer 2. 3 is a turbo compressor, and 3a and 3b indicate a turbine portion and a compressor portion of this turbo compressor 3. 4, 5, and 6 are mechanisms for controlling the compressor discharge pressure, 4 is an atmosphere release valve for adjusting the pressure, 5 is a pressure transmitter, and 6 is a pressure controller. Reference numerals 7, 8, and 9 are flow rate adjustment mechanisms for adjusting the amount of air supplied to the fuel cell, 7 is a flow control valve, 8 is a flow transmitter, and 9 is a flow controller. 10 is an air supply pipe (compressor discharge pipe) that guides air from the compressor 3b to the fuel cell 1; 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. The fuel exhaust gas pipe 13 is the surplus economy pipe 11 and the fuel exhaust gas pipe 12.
A system exhaust gas pipe 14 is a pipe that is open to the atmosphere after the gases are joined and before the gas is introduced into the turbine 3a. Further, 15, 16, and 17 are mechanisms for controlling the reaction air pressure of the fuel cell 1, 15 is a pressure regulating valve, 16 is a differential pressure transmitter that detects the differential pressure between the compressor discharge pressure and the reaction air pressure, and 17 indicates a pressure controller. 18, 19, and 20 are mechanisms for controlling the reaction fuel gas pressure of the fuel cell 1, 18 is a pressure regulating valve, 19 is a differential pressure transmitter that detects the differential pressure between the reaction air pressure and the reaction fuel gas pressure, and 20 is a pressure controller. 21 is a fuel supply pipe to the reforming reaction section 2b, 22 is a reformed gas supply pipe to the fuel cell fuel electrode 1b, and 23 is a surplus fuel supply for supplying surplus fuel from the fuel cell 1 to the reformer burner section 2a. It's plumbing. 24, 25, 26 are 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 JP-A-58-12268, the burner air supply pipe that branches from the air supply pipe 10 and supplies fuel to the reformer burner section 2a is shown in FIG. will be added.

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1の負荷を減少
させる過程においてコンプレツサ3bの供給空気
量の減少に伴ないコンプレツ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つて
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の絞り調節によつてコンプレ
ツ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、コンプレツ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によりコンプレツ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。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の調節によつ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ツサ吐
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。
The operation of the system 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 adjusting the throttle 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 atmosphere release valve 4, the reaction air pressure is linked to the decrease in the compressor discharge pressure, that is, the differential pressure between the reaction air pressure and the compressor discharge pressure is maintained by the pressure regulating valve 15. In addition, the pressure regulating valve 18 controls and adjusts the pressure difference between the reaction fuel gas pressure and the reaction air pressure to keep it constant. 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. In other words, this system basically maintains a constant air pressure by adjusting the atmosphere release valve 4, but when the adjustment allowance for the atmosphere release valve 4 is eliminated, the fuel cell discharge pressure decreases and the fuel cell pressure decreases. This is intended to lower the pressure of the reaction gas.

[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バツフア容積が大きいため、
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。
[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. In other words, fuel cells are usually installed in a case pressurized with nitrogen gas due to pressure-resistant seals of the manifolds for each reaction gas attached to the cell body, and the nitrogen gas pressure is approximately equal to the reaction gas pressure. are kept equal, but
Because the buffer volume of nitrogen gas inside the housing is large,
It is difficult to change the enclosure nitrogen gas pressure to follow the rate of change in the reaction gas pressure. In other words, if you change the battery's reaction gas pressure when the load fluctuates,
A large pressure difference is created between the enclosure nitrogen gas pressure and
There is a problem in that the manifold seal is broken and nitrogen gas leaks into the reaction gas, or conversely, the reaction gas leaks into the casing, degrading the characteristics of the fuel cell.

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つてコンプレツサ吐出圧
を一定値に維持せざるを得ないため、エネルギが
無駄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。
In addition, the conventional technology shown in Figure 1 has no choice but to maintain the compressor discharge pressure at a constant value by constantly discharging high-pressure air from the atmosphere release valve in a certain load range, which reduces energy consumption. There is also the problem that there is a tendency for energy to be wasted, and that it is difficult to operate efficiently when the load fluctuates widely.

また、このものは、定格負荷付近で大気開放調
整により定風圧制御を行つており、コンプレツサ
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
力はコンプレツ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。
In addition, this system performs constant air pressure control by adjusting the air release around the rated load, and assumes that the turbine power is surplus to the compressor's required power, but in an actual system, the turbine power is equal to the compressor's required power. Therefore, it is expected that control using only the adjustment allowance of the atmosphere release valve will be difficult.
Turbine power shortage is particularly noticeable at partial loads.

しかして、このような不都合を解消することが
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、ターボ圧縮機のタービンへ至る排ザス配
管途上にタービンの不足動力を補う助燃炉を配置
し(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58−56231号公報に示される
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ツサ吐出圧力一
定のフイードバツク制御で行い、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イードフオ
ワード制御で行なうとともに前記大気開放弁によ
りコンプレツサ吐出圧一定のフイードバツク制御
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。
However, as a system control method that can eliminate such inconveniences, in a fuel cell power generation system equipped with an atmosphere release valve as described above, a turbine is installed in the exhaust piping leading to the turbine of the turbo compressor. An auxiliary combustion furnace is installed to compensate for the lack of power (the concept of introducing an auxiliary furnace is known, for example, as shown in Japanese Patent Publication No. 58-56231), and the above-mentioned atmosphere is opened during steady operation of the system. When the valve is fully closed or slightly opened, the combustion amount of the auxiliary furnace is controlled by feedback control that keeps the compressor discharge pressure constant, and when the system load fluctuates, the combustion control of the auxiliary furnace and the turbine nozzle opening control are programmed. This method (hereinafter referred to as the "improved method") performs feedback control to maintain a constant compressor discharge pressure using the atmospheric release valve.
) can be considered.

しかしながら、この方式は、少なくとも定常運
転時にはタービンのノズル開度を保持しており、
助燃炉の燃焼量の制御のみによつてコンプレツサ
吐出圧力、ひいては、システム背圧を所要の値に
維持するようになつている。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
焼量制御のみによつて、タービン動力を所要の値
に調節しなければならない。したがつて、後述す
るように、定常運転時の効率に若干の問題があ
る。
However, this method maintains the turbine nozzle opening at least during steady operation.
The compressor discharge pressure, and thus the system back pressure, are maintained at a desired value solely by controlling the combustion amount of the auxiliary furnace. Therefore, even if the optimal value of the nozzle area fluctuates due to changes in various ambient conditions such as temperature and humidity during steady operation, the turbine power must be adjusted to the required value only by controlling the combustion amount of the auxiliary furnace. No. Therefore, as will be described later, there are some problems with efficiency during steady operation.

本発明は第1図に示す方式が有している問題点
を解決するだけでなく、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。
The present invention not only solves the problems of the system shown in FIG. 1, but also aims to reliably solve the problems of the improved system described above during steady operation. .

[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イードバツク制御するように
したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned objects, the present invention further improves the above-mentioned improvement method, and improves the turbine nozzle opening so that the system back pressure remains constant during steady operation. It is characterized by feedback control.

[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、全閉または微開の状態に維持され、
助燃炉の燃焼制御によつて、コンプレツサ吐出圧
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
助燃炉の燃焼制御がフイードフオワード制御によ
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ツサ吐出圧一定のフイ
ードバツク制御が行われ、過渡基における一時的
なコンプレツサ吐出空気量の増加分は、大気に放
出される。
[Function] According to such a configuration, during steady operation, the atmosphere release valve is maintained in a fully closed or slightly open state,
By controlling combustion in the auxiliary combustion furnace, the compressor discharge pressure is controlled to be constant, and energy loss is minimized as long as the turbine power is not insufficient. On the other hand, when the system load fluctuates, at least the combustion control of the auxiliary combustion furnace is performed by feedforward control based on a preset program. And in that case, in parallel,
The air release valve performs feedback control to keep the compressor discharge pressure constant, and a temporary increase in the amount of air discharged from the compressor during a transient period is released to the atmosphere.

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、
フイードバツク制御によりタービンのノズル開度
が調整され、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、入口圧力一定の
場合、(入口絶対温度T)1/2とノズル面積Sに比例
するので、定常運転時に助熱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要の値に維持する
ことができる。
Moreover, if the system back pressure attempts to change due to changes in ambient conditions such as temperature during steady operation,
Feedback control adjusts the turbine nozzle opening to maintain the system backpressure at a constant value. Note that when the inlet pressure is constant, the power of the turbine is proportional to (inlet absolute temperature T) 1/2 and the nozzle area S, so it is possible to control not only the combustion amount of the co-heater during steady operation, but also the nozzle area. If you do this,
Turbine power can be maintained at a required value while the turbine inlet temperature (exhaust gas temperature) is relatively suppressed.

[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。
Note that parts that are the same as or correspond to those shown in FIG. 1 are given the same symbols, and description thereof will be omitted. Furthermore, the load 39 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途上に設置した助燃炉、28はこの助燃炉2
7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
するステツピングモータ等のアクチユエータによ
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
ーボ圧縮機3のコンプレツサ3bから吐出される
空気を案内するコンプレツサ吐出配管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要空気
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のコンプレツサ3bの出口に設置された
圧力検出器5によつて検出されたコンプレツサ吐
出圧力に応じて助燃炉燃料量コントローラ30お
よび助燃炉燃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、過度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
内の排ガ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度を制御させ
るようになつている。
In FIG. 2, reference numeral 27 indicates an auxiliary combustion furnace installed in the middle of the system exhaust gas piping 13 to compensate for the lack of turbine power of the turbo compressor 3, and 28 indicates this auxiliary combustion furnace 2.
7 is a fuel supply pipe, 29 is a fuel flow control valve installed in this fuel supply pipe 28, and 30 is an auxiliary furnace fuel for detecting the fuel flow rate flowing through the fuel supply pipe 28 and adjusting the fuel flow control valve 29. It is a flow controller. The turbo compressor 3 is the first
Unlike the one shown in the figure, this is a so-called variable nozzle type in which a turbine 3a is equipped with a variable nozzle 3c. The variable nozzle 3c, for example, is
As shown in No. 103160, a valve body is driven by an actuator such as a stepping motor operated by an electric signal, and the opening area of the nozzle can be changed by the movement of the valve body. 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 compressor discharge pipe 10 that guides the air discharged from the compressor 3b of the turbo compressor 3 and connected to the auxiliary combustion furnace 27, and 32 is the auxiliary combustion furnace installed in this air pipe 31. An air flow control valve 33 is an air flow controller for an auxiliary combustion furnace for detecting the air flow flowing through the air pipe 31 and adjusting the air flow control valve 32, and 34 is installed at the outlet of the compressor 3b of the turbo compressor 3. a pressure controller for providing control signals to an auxiliary furnace fuel amount controller 30 and an auxiliary furnace combustion air flow rate controller 33 in accordance with the compressor discharge pressure detected by the pressure detector 5;
35 is an arithmetic unit for adjusting the operation signal given from the pressure controller 6 to the atmosphere release valve 4 depending on whether the turbo compressor 3 is in steady operation or in excessive operation. Further, 36 is the system exhaust gas pipe 13
37 is a pressure controller, and 38 is an arithmetic unit that controls the signal supplied to the nozzle 3c. That is, during steady operation, this computing unit 38 puts the variable nozzle 3c under the control of the pressure controller 37, while at the time of load fluctuation, it basically supplies a pre-programmed load command signal to the nozzle 3c. It is configured. If the system back pressure detected by the pressure transmitter 36 at the time of load fluctuation deviates from a preset range of values, the load command signal is temporarily cut off, and the pressure controller 37 The nozzle power is controlled so that the system back pressure returns to a value within the predetermined range.

次いで、このシステムの動作について説明す
る。
Next, the operation of this system will be explained.

システムの定常運転時、すなわち、ターボ圧縮
機3の定像運転時には、演算器35の働きによつ
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、運転中の
外気温、湿度と変化によるコンプレツサ吸込み条
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徐々に変化する。
このような変化に対しても前に記述したとおり、
コンプレツサ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
ンプレツサ3bの吐出圧力の制御は、圧力コント
ローラ34によつて圧力検出器5から検出される
圧力が目標の一定値になるように助燃炉27の燃
焼量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、助燃炉燃焼量の調整により、コンプレ
ツサ吐出圧力一定のフイードバツク制御を行う。
また、システム背圧の制御は、圧力コントローラ
37によつて圧力検出器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、
定常運転時には、ノズル開度の調整により、シス
テム背圧一定のフイードバツク制御を行なう。
During steady operation of the system, that is, during constant image operation of the turbo compressor 3, the atmospheric release valve 4 is kept fully closed or at a constant minute opening by the operation of the computing unit 35, and the pressure controller 6 is actually It doesn't work. The reason why the atmosphere release valve 4 is fully closed 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 are supposed to be maintained at constant values. In reality, process quantities such as temperature and pressure gradually change due to changes in the amount of heat.
As mentioned earlier, in response to such changes,
It is important to keep the compressor 3b discharge pressure and system back pressure constant at all times. At this time, the discharge pressure of the compressor 3b is controlled by controlling the combustion amount of the auxiliary combustion furnace 27 through the flow rate controllers 30 and 33 so that the pressure detected from the pressure detector 5 by the pressure controller 34 becomes a constant target value. To do this. That is, during steady operation of the system, feedback control is performed to keep the compressor discharge pressure constant by adjusting the combustion amount in the auxiliary combustion furnace.
Further, the system back pressure is controlled by adjusting the opening degree of the nozzle of the turbine 3a so that the pressure detected by the pressure detector 36 by the pressure controller 37 becomes a constant target value. That is,
During steady operation, feedback control is performed to keep the system back pressure constant by adjusting the nozzle opening.

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つて圧力コントローラ
37によるノズル開度のフイードバツク制御を原
則として停止させ、タービン3aでノズル3cに
負荷指令信号が伝達され得るようにする。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30,3
3に対して与えてタービン動力を増加させる。こ
の結果、コンプレツサ3bの吐出圧力が上昇しよ
うとするが、コンプレツサ3bの吐出圧力は圧力
コントローラ6の働きによつて大気開放弁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、ダービン動力を助燃炉
燃焼量のフイードフオワード操作により増加さ
せ、これによるコンプレツサ3bの吐出空気流量
の増加分の一部をコンプレツサ吐出圧力を一定に
保つためにコンプレツサ出口側で大気放出させる
ようになつており、その状態でターボコプレツサ
3のパワーアツ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の開度をフイードフオワード制御により
変更して、排ガス流量の変化に対処する。すなわ
ち、タービン3aを通過する排ガス流量Wは、ノ
ズル開口面積をS、ノズル入口圧力をP、ノズル
入口絶対温度をTとすると、S・P/√に比例
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、システム排ガス流量の変化に伴
なつて前記ノズル入口圧力、つまり、システム背
圧P2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
の上流側の排ガスの一部を大気に直接放出する必
要が生じたりすることがないようにプログラムし
てある。しかし、温度変化の時間遅れ等種々の条
件変化によつて、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3
8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背圧P2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の調整すなわち大気へ開放風
量の制御が行われ、コンプレツサ吐出圧が常に一
定に維持される。
Next, the operation during load fluctuations will be described. First, by operating the control circuit in the computing unit 35 immediately before a load command, the atmosphere release valve 4 is controlled by the pressure controller 6.
At the same time, by operating the control circuit in the computing unit 38, the feedback control of the nozzle opening by the pressure controller 37 is stopped in principle, and a load command signal is transmitted to the nozzle 3c by the turbine 3a. Try to get it. next,
As load commands, set values for the auxiliary furnace fuel flow rate and combustion air flow rate are directly transmitted to the flow rate controllers 30, 3.
3 to increase turbine power. As a result, the discharge pressure of the compressor 3b tends to rise, but the discharge pressure of the compressor 3b is controlled by the pressure controller 6 by adjusting the atmosphere release valve 4, 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 durbin power is increased by the feedforward operation of the combustion amount of the auxiliary furnace, and a part of the increase in the discharge air flow rate of the compressor 3b is transferred to the compressor in order to keep the compressor discharge pressure constant. The air is discharged to the atmosphere on the exit side, and in this state the power of the turbo compressor 3 is increased 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. That is, the exhaust gas flow rate W passing through the turbine 3a is proportional to S·P/√, where S is the nozzle opening area, P is the nozzle inlet pressure, and T is the nozzle inlet absolute temperature. Therefore, in principle, the control pattern of the nozzle 3c requires that the nozzle inlet pressure, that is, the system back pressure P2 , fluctuate with changes in the system exhaust gas flow rate, or that the nozzle inlet absolute temperature T needs to be changed. or the turbine 3c
The program is designed to avoid the need to release part of the upstream exhaust gas directly into the atmosphere. However, due to various condition changes such as a time delay in temperature change, the system back pressure may deviate from a preset range of values when the nozzle opening is changed by a load command. In this case, the computing unit 3
8, the control based on the load command is temporarily interrupted, the nozzle opening degree is corrected under control by the pressure controller 37, and the system back pressure P2 is operated to return to a value within a certain range. That is, the nozzle opening degree is controlled by the load command while confirming that the system back pressure is maintained within a certain range. At this time, the pressure controller 6 adjusts the atmosphere release valve 4, that is, controls the amount of air released to the atmosphere, so that the compressor discharge pressure is always maintained constant.

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3
7によるシステム背圧P2の常時フイードバツク
制御を再開させ、さらに、演算器35によつて大
気開放弁4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
に保持される。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、コンプレツ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
よつて一定制御が行なわれるとともに、システム
背圧P2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。
When the state change in response to the load command is completed and the system is stabilized, control of the discharge pressure is transferred to the pressure controller 34, and the pressure controller 3
7 restarts the constant feedback control of the system back pressure P 2 , and then the computing unit 35 gradually narrows down the opening degree of the atmosphere release valve 4 from the current opening degree and finally closes it completely, or It is maintained at a certain opening. This operation is to minimize the energy loss of the system as mentioned earlier, and the throttling of the atmosphere release valve 4 is performed by the turbo compressor 3.
This is done by making fine adjustments so as not to upset the control balance. During this time, the compressor discharge pressure is controlled to a constant value by adjusting the combustion amount of the auxiliary furnace through the flow rate controllers 30 and 33, and the system back pressure P2 is controlled to a constant value by adjusting the nozzle opening degree by the pressure controller 37. . Atmospheric release valve 4
After narrowing down the load, it returns to the state under steady load.

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イードフ
オワード制御操作によつ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
わつ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、コンプレツサ吐出圧力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
一定制御が働き過剰空気量をコンプレツサ吐出大
気開放空気量F3として大気に放出させることに
よつてコンプレツサ吐出圧力P1が一定に維持さ
れる。助燃炉27に対するフイードフオワード操
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F4を負荷指令に基く目標値ま
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Sをフイードフオワード操作
により増加させると、この過程でP1の一定制御
動作によりコンプレツサ出口大気開放弁4の開度
が調整されF3が変化する。F4が目標値に達した
時点(時刻t2)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ツサ吐出圧力P1
制御がコンプレツサ出口大気開放弁4から放風量
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とともに、圧力コントロ
ーラ37によりシステム背圧P2を一定に維持す
るフイードバツク制御が再開される。この後、演
算器35からの指令で大気開放弁4の漸閉動作が
行われ、大気開放弁4が完全に絞り込まれた時点
(時刻t3)が第2次(最終)整定時点となる。t2
からt3に至る過程ではP1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。
Incidentally, 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 t 1 , the auxiliary furnace fuel flow rate F 1 changes to the load command. By increasing the feed forward control operation accordingly, 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, the system air flow rate F 4
is still maintained at the value before the load command, so the compressor discharge pressure P1 is about to rise. In contrast, pressure constant control by the pressure controller 6 operates to release the excess air amount to the atmosphere as the compressor discharge air release amount F3 , thereby maintaining the compressor discharge pressure P1 constant. When the feed forward operation for the auxiliary combustion furnace 27 becomes stable, the flow control valve 7 is opened to increase the system air flow rate F4 to the target value based on the load command, and the nozzle of the turbine 3a of the turbo compressor 3 is opened. When the degree S is increased by the feedforward operation, in this process, the opening degree of the compressor outlet atmosphere release valve 4 is adjusted by the constant control operation of P1 , and F3 changes. The time when F 4 reaches the target value (time t 2 ) is the first settling point for load fluctuations, and at this point, the control of the compressor discharge pressure P 1 changes from the control by adjusting the air discharge amount from the compressor outlet atmospheric release valve 4. The control is switched to control by adjusting the combustion amount of the auxiliary combustion furnace 27, and the feedback control for maintaining the system back pressure P2 constant by the pressure controller 37 is restarted. Thereafter, a gradual closing operation of the atmosphere release valve 4 is performed in response to a command from the computing unit 35, and the time when the atmosphere release valve 4 is completely throttled down (time t3 ) becomes the second (final) settling time. t 2
In the process from to t3 , control is performed in the direction of reducing the auxiliary furnace fuel flow rate F1 through the constant control operation of P1 .

なお、負荷変動時の制御態様は、前記実施例の
ものに限定されないのは勿論であり、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
Note that the control mode at the time of load fluctuation is, of course, not limited to that of the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

[発明の効果] 本発明は、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。
[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、あらゆる負荷運転転域においてタービン
の電力不足を招くことがない。
(a) First, since an auxiliary combustion furnace is provided in the middle of the exhaust gas piping, there is no possibility of power shortage of the turbine in any load operation range.

(b) そして、コンプレツ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、前述したようなガス漏洩による電池
の特性劣化等を招くことがない。
(b) Since the compressor discharge pressure can always be kept at a constant value, the differential pressure between the pressure of the reactant gas in the manifold of the fuel cell and the pressure of nitrogen gas in the housing can be kept constant. This makes it possible to avoid deterioration of battery characteristics due to gas leakage as described above.

(c) また、負荷が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。
(c) Also, when the load is constant, the atmosphere release valve can be kept fully closed or slightly open, so it is possible to minimize wasted energy and improve efficiency. Able to drive high.

(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イードバツク制御により
調節することによつ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とい
うことができるという優れた効果が得られる。
(d) Furthermore, in this system, during steady operation, the system back pressure is maintained constant by adjusting the turbine nozzle opening using feedback control, which may lead to the aforementioned crossover phenomenon. Of course, it is possible to reliably eliminate the inconvenience of unstable combustion in the reformer due to pressure fluctuations, and it is also possible to reduce the amount of combustion in the auxiliary furnace for economical operation. Excellent effects can be obtained.

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
定の開度にセツトされて定常運転が行なわれてい
る状態で、周囲条件が変化し、例えば、大気温度
が上昇したとする。その結果、システムからの放
熱量が下がり、その分排ガスが上がつてタービン
入口温度が上昇する。そうすると、タービンパワ
ーが増加し、ターボ圧縮機3の作動速度が上昇し
てコンプレツサ吐出圧や風量が増加することにな
り、システム背圧P2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つて
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
ることによつ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P2が一定とすると、
(入口絶対温度T)〓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、エネルギを節約することができ
る。
This will be explained in detail based on the above embodiments as follows. In other words, when the flow rate adjustment valve 7, the atmosphere release valve 4, etc. that control the system air flow rate are set at a constant opening degree and steady operation is being performed, the ambient conditions change and, for example, the atmospheric temperature rises. shall be. As a result, the amount of heat dissipated from the system decreases, and the exhaust gas increases accordingly, increasing the turbine inlet temperature. Then, the turbine power increases, the operating speed of the turbo compressor 3 increases, the compressor discharge pressure and air volume increase, and the system back pressure P2 also begins to increase. At this time,
Energy can be controlled only by reducing the combustion amount in the auxiliary combustion furnace, but it is even more effective to control the system back pressure to a constant level by changing the nozzle opening in the direction of opening. Economical driving becomes possible. That is,
Assuming that the inlet pressure P 2 is constant, the turbine power is:
(Inlet absolute temperature T) is proportional to the nozzle area S.
Therefore, if you try to deal with fluctuations in the process amount by changing only the turbine inlet temperature without changing the nozzle area, it may not be possible to sufficiently narrow down the combustion amount in the auxiliary combustion furnace 27, but the nozzle opening If S is controlled at the same time, it becomes possible to further reduce the amount of combustion in the auxiliary combustion furnace 27 while ensuring the required turbine power, and it is possible to save energy.

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

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……空気極、1b……燃
料極、2……改質器、3……ターボ圧縮機、3a
……タービン、3b……コンプレツサ、3c……
ノズル、4……大気開放弁、10……コンプレツ
サ吐出配管、13……システム排ガス配管、14
……大気開放配管。
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 system explanatory diagram showing an embodiment of the present invention.
The figure is a diagram showing the behavior of the process in the same example. 1... Fuel cell, 1a... Air electrode, 1b... Fuel electrode, 2... Reformer, 3... Turbo compressor, 3a
...Turbine, 3b...Compressor, 3c...
Nozzle, 4... Atmospheric release valve, 10... Compressor discharge piping, 13... System exhaust gas piping, 14
...Piping open to the atmosphere.

Claims (1)

【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
てコンプレツサを作動させ該コンプレツサから前
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
プレツ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ツ
サ吐出圧力一定のフイードバツク制御で行ない、
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イードフオワード制御で行
なうとともに前記大気開放弁によりコンプレツサ
吐出圧一定のフイードバツ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つ
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イー
ドバツ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。
1 a fuel cell, a reformer for reforming hydrocarbon fuel and supplying hydrogen gas to the fuel cell;
A compressor is operated using a variable nozzle turbine driven by both the exhaust gas of the reformer or the excess air at the outlet of the air electrode of the fuel cell and the exhaust gas of the reformer. A turbo compressor that supplies the compressed air necessary for the reformer, an auxiliary combustion furnace that is placed on the exhaust gas piping leading to the turbine of this turbo compressor and makes up for the lack of power in the turbine, and a combustion furnace that branches off from the compressor discharge piping of the turbo compressor. and an atmosphere release valve that is installed on the air release piping and adjusts the amount of air discharged to the atmosphere through the pipe, and during steady operation of the system, the atmosphere release valve is fully closed or slightly opened. The combustion amount of the auxiliary combustion furnace is controlled by feedback control with constant compressor discharge pressure.
In addition, the control method for the fuel cell power generation system is such that when the system load fluctuates, the combustion control of the auxiliary furnace is performed by feed forward control based on a program, and the air release valve is used to perform feedback control to keep the compressor discharge pressure constant. A control method for a fuel cell power generation system, further comprising: performing feedback control on the nozzle opening of the turbine so that the system back pressure becomes constant during steady operation.
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