JPH0579813B2 - - Google Patents
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- JPH0579813B2 JPH0579813B2 JP62026552A JP2655287A JPH0579813B2 JP H0579813 B2 JPH0579813 B2 JP H0579813B2 JP 62026552 A JP62026552 A JP 62026552A JP 2655287 A JP2655287 A JP 2655287A JP H0579813 B2 JPH0579813 B2 JP H0579813B2
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel 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〕
本発明は、燃料電池本体部からの排熱エネルギ
ーをターボコンプレツサのタービンの駆動に利用
し、このターボコンプレツサのコンプレツサから
燃料電池本体部に必要な圧縮空気を供給するよう
にした燃料電池発電システムに関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention utilizes waste heat energy from a fuel cell main body to drive a turbine of a turbo compressor, and extracts energy from the compressor of the turbo compressor to the fuel cell main body. The present invention relates to a fuel cell power generation system that supplies compressed air necessary for.
燃料電池発電システムは、周知のように、空気
極、燃料極および電解質層からなる燃料電池本体
と、天然ガス等の炭化水素系燃料を改質して上記
燃料電池本体に供給する改質器を含む燃料電池本
体部とこの燃料電池本体部に圧縮空気を供給する
コンプレツサとを備えている。
As is well known, a fuel cell power generation system includes a fuel cell main 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 it to the fuel cell main body. The fuel cell main body includes a fuel cell main body and a compressor that supplies compressed air to the fuel cell main body.
この燃料電池本体の性能は、上記の改質された
燃料と空気とからなる反応ガスの圧力の増大によ
つて向上する傾向を示すため、上記反応ガスの動
作圧力を4〜6Kg/cm2程度に加圧・維持すること
が必要とされる。 The performance of this fuel cell main body tends to improve as the pressure of the reaction gas consisting of the above-mentioned reformed fuel and air increases, so the operating pressure of the above-mentioned reaction gas is increased to about 4 to 6 kg/ cm2. It is necessary to pressurize and maintain the
このような反応ガスの圧力を得るためには空気
を圧縮しなければならず、このために多大のエネ
ルギーが必要となるので、上記改質器からの燃焼
排ガスおよび燃料電池本体部を冷却するための冷
却水から余剰スチームや燃料電池本体部の空気極
からの余剰空気を上記ターボコンプレツサのター
ビンに供給することによつて、熱効率の向上を図
つている。 In order to obtain this pressure of the reaction gas, air must be compressed, which requires a large amount of energy, so in order to cool the combustion exhaust gas from the reformer and the fuel cell main body Thermal efficiency is improved by supplying surplus steam from the cooling water of the fuel cell and surplus air from the air electrode of the fuel cell main body to the turbine of the turbo compressor.
このような燃料電池発電システムにおいて燃料
電池本体部へ供給する圧縮空気の圧力は、燃料電
池本体部の特性維持の点から、および、電池燃料
との圧力との差圧を抑え両極間のガスリーク、す
なわち、クロスオーバー現象を防ぐために一定値
に保つように制御することが要求される。 In such a fuel cell power generation system, the pressure of the compressed air supplied to the fuel cell main body is determined from the viewpoint of maintaining the characteristics of the fuel cell main body, and suppressing the differential pressure between the cell fuel and the pressure, preventing gas leakage between the two electrodes. That is, in order to prevent a crossover phenomenon, control is required to maintain a constant value.
この具体的な従来の方法として、例えば特開昭
61−80765号公報に提案されているものがあり、
その概略構成を第2図に示す。 As a specific conventional method, for example,
There is something proposed in Publication No. 61-80765,
The schematic configuration is shown in FIG. 2.
図において、1は改質器などを含む燃料電池本
体部、2は燃料電池本体部1からの排ガスによつ
て駆動され燃料電池本体部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からの空気を燃料電
池本体部1に供給するための空気供給配管、4は
この空気供給配管3に設置されてコンプレツサ2
bの吐出圧を検出する圧力検出器、5は燃料電池
本体部1からの排ガスをタービン2aへ導く排ガ
ス配管、6はタービン動力の不足を補うために上
記排ガス配管5の途上に設置された補助燃焼器、
7はこの補助燃焼器6に燃料を供給する燃料配
管、8はこの燃料配管7に設置された流量制御
弁、9は上記燃料配管7内を流れる燃料流量を検
出して流量制御弁8を調節する流量コントロー
ラ、10は空気供給配管3から分岐して補助燃焼
器6に接続された空気配管、11はこの空気配管
10に設置された流量制御弁、12は空気配管1
0内を流れる空気流量を検出して流量制御弁12
を調節する流量コントロール、13は圧力検出器
4によつて検出されたコンプレツサ2bの吐出空
気圧力に応じて流量コントローラ9および流量コ
ントローラ12に対して制御信号を与える圧力コ
ントローラである。 In the figure, 1 is a fuel cell main body including a reformer, etc., 2 is a turbine 2a that is driven by exhaust gas from the fuel cell main body 1 and supplies the compressed air necessary for the fuel cell main body 1, and this turbine 2a. A turbo compressor consisting of a compressor 2b arranged coaxially with a turbo compressor, 3 an air supply pipe installed on the outlet side of the compressor 2b for supplying air from the compressor 2b to the fuel cell main body 1, 4 an air supply pipe for supplying the air from the compressor 2b to the fuel cell main body 1; Compressor 2 installed in supply piping 3
5 is an exhaust gas pipe that guides the exhaust gas from the fuel cell main body 1 to the turbine 2a; 6 is an auxiliary pipe installed in the middle of the exhaust gas pipe 5 to compensate for the lack of turbine power; combustor,
7 is a fuel pipe that supplies fuel to the auxiliary combustor 6; 8 is a flow control valve installed in the fuel pipe 7; 9 is a fuel flow rate control valve that detects the flow rate of fuel flowing through the fuel pipe 7 and adjusts the flow rate control valve 8; 10 is an air pipe branched from the air supply pipe 3 and connected to the auxiliary combustor 6; 11 is a flow control valve installed in the air pipe 10; 12 is the air pipe 1;
The flow rate control valve 12 detects the air flow rate flowing through the
13 is a pressure controller that provides a control signal to the flow rate controller 9 and the flow rate controller 12 in accordance with the discharge air pressure of the compressor 2b detected by the pressure detector 4.
上記のように構成された従来の燃料電池発電シ
ステムの動作について説明すると、通常、このよ
うな燃料電池発電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。 To explain the operation of the conventional fuel cell power generation system configured as described above, normally in such a fuel cell power generation system, the turbine power is equal to or even insufficient than the power required for the compressor.
このようなタービン動力の不足は特に部分負荷
において顕著であるため、このようなタービン動
力の不足を補うために前記の補助燃焼器6が設置
されており、タービン動力の不足によりコンプレ
ツサ2bの吐出空気圧力が低下した場合、あるい
は燃料電池本体部1への供給空気流量の変化、排
ガス流量・温度の変化、コンプレツサ2bの吸い
込み条件の変化等によりコンプレツサ2bの吐出
空気圧力が変動した場合には、圧力コントローラ
13によつて圧力検出器4により検出される圧力
が目標の一定値になるよう補助燃焼器6の燃焼量
を流量コントローラ9,12を通じて制御するこ
とにより、タービン動力の不足分を補い、吐出空
気圧力を一定に保つようにしている。 This lack of turbine power is particularly noticeable at partial loads, so the auxiliary combustor 6 is installed to compensate for this lack of turbine power. If the pressure decreases, or if the discharge air pressure of the compressor 2b fluctuates due to changes in the supply air flow rate to the fuel cell main body 1, changes in the exhaust gas flow rate/temperature, changes in the suction conditions of the compressor 2b, etc., the pressure By controlling the combustion amount of the auxiliary combustor 6 through the flow rate controllers 9 and 12 so that the pressure detected by the pressure detector 4 becomes a constant target value, the controller 13 compensates for the deficit in turbine power and discharges. The air pressure is kept constant.
これによつて燃料電池本体部に安定した圧縮空
気を供給するようにし、さらにこの圧縮空気と電
池燃料との圧力差が発生するのを抑えることによ
つてクロスオーバを防止することができる。 As a result, stable compressed air is supplied to the fuel cell main body, and crossover can be prevented by suppressing the pressure difference between the compressed air and the cell fuel.
以上のように構成された従来の燃料電池発電シ
ステムは、制御弁やコントローラの数も多く、構
成も複雑になるばかりでなく、燃料電池本体部に
供給される圧縮空気圧力の制御応答の速応性に欠
け、さらに、補助燃焼器からの燃焼エネルギーは
その一部しかタービン動力としては回収されない
ので全体としての熱効率が低下するという問題が
あつた。
Conventional fuel cell power generation systems configured as described above not only have a large number of control valves and controllers, making the configuration complex, but also require fast response control of the compressed air pressure supplied to the fuel cell main body. In addition, only a portion of the combustion energy from the auxiliary combustor is recovered as turbine power, resulting in a reduction in overall thermal efficiency.
この発明は、簡単な構成で制御応答性がよく、
しかも効率のよい燃料電池発電システムを得るこ
とを目的とする。 This invention has a simple configuration and good control responsiveness.
Moreover, the purpose is to obtain an efficient fuel cell power generation system.
第1図に示した基本的実施例に示すように、燃
料電池本体部1からの排ガスにより駆動されるタ
ービン2aおよびこのタービンに直結・駆動され
て上記燃料電池本体部に圧縮空気を供給するコン
プレツサ2bとからなるターボコンプレツサ2と
を備える燃料電池発電システムにおいて、上記コ
ンプレツサ2bから燃料電池本体部1への給気圧
が所定値になるように制御された圧縮空気を供給
する圧縮空気供給装置14を上記コンプレツサ2
bの入口側配管に設けたことを特徴とする。
As shown in the basic embodiment shown in FIG. 1, a turbine 2a is driven by exhaust gas from the fuel cell main body 1, and a compressor is directly connected to and driven by this turbine and supplies compressed air to the fuel cell main body. 2b, the compressed air supply device 14 supplies compressed air controlled so that the supply pressure from the compressor 2b to the fuel cell main body 1 is a predetermined value. The above compressor 2
It is characterized by being provided on the inlet side piping of b.
燃料電池発電システムにおいては、燃料電池本
体部1からの排ガスのみでターボコンプレツサ2
のタービン2aを駆動する場合、通常、その排ガ
スによるタービンの駆動力が充分でないため、コ
ンプレツサ2bから燃料電池本体部1に対する圧
縮空気の供給圧力が不足する。
In a fuel cell power generation system, only the exhaust gas from the fuel cell main body 1 is used to generate the turbo compressor 2.
When driving the turbine 2a, the exhaust gas normally does not provide sufficient driving force for the turbine, so the supply pressure of compressed air from the compressor 2b to the fuel cell main body 1 is insufficient.
本発明によつてターボコンプレツサ2のコンプ
レツサ2bの入口側に設けたブロアあるいは電動
コンプレツサなどの圧縮空気供給装置14は、こ
の装置14の出口側の空気の圧力を高めることに
よつて燃料電池本体部1に供給される圧縮空気の
供給圧力不足を補うことができるばかりでなく、
その出口側の圧力を制御することによつて燃料電
池本体部1への圧縮空気供給圧力を迅速に制御す
ることができる。 According to the present invention, the compressed air supply device 14, such as a blower or an electric compressor, provided on the inlet side of the compressor 2b of the turbo compressor 2 increases the pressure of the air on the outlet side of this device 14. Not only can it compensate for the lack of supply pressure of compressed air supplied to section 1, but also
By controlling the pressure on the outlet side, the compressed air supply pressure to the fuel cell main body 1 can be quickly controlled.
第1図に示す基本的実施例において、燃料電池
本体部1、タービン2aおよびコンプレツサ2b
を含むターボコンプレツサ2、空気供給配管3、
この空気供給配管3内の空気圧を検出する圧力検
出器4、および、排ガス配管5は第2図の従来例
について説明したと同一のものであるので、これ
らについて詳細な説明は省略する。
In the basic embodiment shown in FIG. 1, a fuel cell main body 1, a turbine 2a and a compressor 2b
including a turbo compressor 2, air supply piping 3,
Since the pressure detector 4 for detecting the air pressure in the air supply pipe 3 and the exhaust gas pipe 5 are the same as those described for the conventional example shown in FIG. 2, a detailed description thereof will be omitted.
本発明によつて上記ターボコンプレツサ2のコ
ンプレツサ2bの入口側に設けられた圧縮空気供
給装置14は、例えばブロア、電動コンプレツサ
などを用いることができる。 The compressed air supply device 14 provided on the inlet side of the compressor 2b of the turbo compressor 2 according to the present invention may be, for example, a blower, an electric compressor, or the like.
上記コンプレツサ2bから燃料電池本体部1へ
の供給空気配管3内の圧縮空気の圧力は、圧力検
出器4によつて検出されて圧力コントローラ15
において圧力設定値と比較され、その誤差が
“0”になように圧縮空気供給装置14にフイー
ドバツクされる。 The pressure of the compressed air in the supply air pipe 3 from the compressor 2b to the fuel cell main body 1 is detected by the pressure detector 4, and is detected by the pressure controller 15.
The pressure is compared with the pressure set value at the step 2, and feedback is sent back to the compressed air supply device 14 so that the error is "0".
これによつて、燃料電池本体部1に供給される
圧縮空気の圧力は上記圧力設定値に迅速に追随す
るので、従来例で説明した補助燃焼器6を用いる
場合に比べて、高速かつ安定した圧力制御を行な
うことができる。 As a result, the pressure of the compressed air supplied to the fuel cell main body 1 quickly follows the above pressure setting value, so compared to the case where the auxiliary combustor 6 described in the conventional example is used, the pressure of the compressed air supplied to the fuel cell main body 1 is faster and more stable. Pressure control can be performed.
本発明による燃料電池発電システムにおいて
は、燃料電池本体部に供給される圧縮空気の給気
圧はコンペレツサの入口側での空気圧を制御する
ことによつて迅速に制御されるので、従来例は比
して構成が著しく簡単になるばかりでなく、燃料
電池本体部への圧縮空気の圧力の精度および制御
応答速度も補助燃焼器を用いる場合に比べて著し
く向上するという格別の効果が得られる。
In the fuel cell power generation system according to the present invention, the supply pressure of the compressed air supplied to the fuel cell main body is quickly controlled by controlling the air pressure on the inlet side of the compeller. This not only simplifies the configuration significantly, but also significantly improves the precision of the pressure of compressed air to the fuel cell main body and the control response speed compared to when an auxiliary combustor is used.
第1図は本発明による燃料電池発電システムの
基本的実施例を示す概略図、第2図は従来の燃料
電池発電システムの概略図である。
1は燃料電池本体部、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
空気供給配管、5は排ガス配管、14は圧縮空気
供給装置である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional fuel cell power generation system. 1 is a fuel cell main body, 2 is a turbo compressor, 2a is a turbine, 2b is a compressor, 3 is an air supply pipe, 5 is an exhaust gas pipe, and 14 is a compressed air supply device.
Claims (1)
るタービンおよびこのタービンに直結・駆動され
て上記燃料電池本体部に圧縮空気を供給するコン
プレツサとからなるターボコンプレツサとを備え
る燃料電池発電システムにおいて、 上記コンプレツサから燃料電池本体部への給気
圧が所定値になるように制御された圧縮空気を供
給するための圧縮空気供給装置をこのコンプレツ
サの入口側に設けたことを特徴とする燃料電池発
電システム。[Scope of Claims] 1. A fuel comprising a turbo compressor consisting of a turbine driven by exhaust gas from the fuel cell main body and a compressor directly connected to and driven by the turbine to supply compressed air to the fuel cell main body. The battery power generation system is characterized in that a compressed air supply device is provided on the inlet side of the compressor for supplying compressed air controlled so that the supply pressure from the compressor to the fuel cell main body becomes a predetermined value. A fuel cell power generation system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62026552A JPS63195334A (en) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | Turbocompressor system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62026552A JPS63195334A (en) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | Turbocompressor system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63195334A JPS63195334A (en) | 1988-08-12 |
| JPH0579813B2 true JPH0579813B2 (en) | 1993-11-04 |
Family
ID=12196685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62026552A Granted JPS63195334A (en) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | Turbocompressor system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63195334A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6834831B2 (en) * | 2002-12-31 | 2004-12-28 | The Boeing Company | Hybrid solid oxide fuel cell aircraft auxiliary power unit |
-
1987
- 1987-02-06 JP JP62026552A patent/JPS63195334A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63195334A (en) | 1988-08-12 |
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