JPH0454048B2 - - Google Patents
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- JPH0454048B2 JPH0454048B2 JP58118606A JP11860683A JPH0454048B2 JP H0454048 B2 JPH0454048 B2 JP H0454048B2 JP 58118606 A JP58118606 A JP 58118606A JP 11860683 A JP11860683 A JP 11860683A JP H0454048 B2 JPH0454048 B2 JP H0454048B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- turbine
- pressure
- gas
- inlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Links
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/26—Starting; Ignition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
本発明は、航空機用のジエツト・エンジンや燃
料電池発電プラントをはじめとする各種産業プラ
ント等に適用可能なターボ・コンプレツサシステ
ムに関するものである。
料電池発電プラントをはじめとする各種産業プラ
ント等に適用可能なターボ・コンプレツサシステ
ムに関するものである。
(ロ) 従来技術
ジエツト・エンジンに代表されるターボ・コン
プレツサシステムとして、第１図に示すように入
口を大気に開口させたコンプレツサａと、入口を
ガス通路ｂを介して前記コンプレツサａの出口に
接続したコンプレツサ駆動用のタービンｃと、前
記ガス通路ｂの途中に介設され前記タービンｃの
入口側に熱エネルギを付与する熱付加手段ｄとを
具備してなるものがある。ところが、この種のシ
ステムは、始動に難点があり、多くの問題を有し
ている。すなわち、従来のシステムでは、始動時
に前記コンプレツサａおよびタービンｃの回転軸
ｅにモータ等の駆動源ｆを変速機ｇを介して接続
する。そして、前記駆動源ｆを作動させて前記コ
ンプレツサａおよびタービンｃを回転させ、前記
コンプレツサａが一定の圧縮比を有したときに前
記熱付加手段ｄに点火して自励運転に移行するよ
うにしている。このため、ターボ・コンプレツサ
以外の始動用駆動源が必要であり、これは通常き
わめて大きな回転速度を必要とする。そのため、
各種の保護回路が必要となり、僅かな誤動作でも
大きな不具合に到る欠陥を有しているとともに、
システム全体が複雑かつ大がかりなものになると
いう問題がある。
プレツサシステムとして、第１図に示すように入
口を大気に開口させたコンプレツサａと、入口を
ガス通路ｂを介して前記コンプレツサａの出口に
接続したコンプレツサ駆動用のタービンｃと、前
記ガス通路ｂの途中に介設され前記タービンｃの
入口側に熱エネルギを付与する熱付加手段ｄとを
具備してなるものがある。ところが、この種のシ
ステムは、始動に難点があり、多くの問題を有し
ている。すなわち、従来のシステムでは、始動時
に前記コンプレツサａおよびタービンｃの回転軸
ｅにモータ等の駆動源ｆを変速機ｇを介して接続
する。そして、前記駆動源ｆを作動させて前記コ
ンプレツサａおよびタービンｃを回転させ、前記
コンプレツサａが一定の圧縮比を有したときに前
記熱付加手段ｄに点火して自励運転に移行するよ
うにしている。このため、ターボ・コンプレツサ
以外の始動用駆動源が必要であり、これは通常き
わめて大きな回転速度を必要とする。そのため、
各種の保護回路が必要となり、僅かな誤動作でも
大きな不具合に到る欠陥を有しているとともに、
システム全体が複雑かつ大がかりなものになると
いう問題がある。
なお、モータ等の機械的な駆動源を用いない始
動方法としては、前記タービンの入口に始動用の
高圧ガスを吹込むことが考えられているが、この
方法では、始動時におけるコンプレツサ側の流量
が非常に少ないため、該コンプレツサがサージン
グを起こし易いという問題がある。
動方法としては、前記タービンの入口に始動用の
高圧ガスを吹込むことが考えられているが、この
方法では、始動時におけるコンプレツサ側の流量
が非常に少ないため、該コンプレツサがサージン
グを起こし易いという問題がある。
(ハ) 目的
本発明は、このような事情に着目してなされた
もので、複雑かつ大がかりな始動装置を要するこ
となく最小のエネルギで確実に始動を行なうこと
が可能であり、しかも、始動時に発生しやすいコ
ンプレツサ部でのサージングを有効に防止するこ
とができるターボ・コンプレツサシステムを提供
することを目的とする。
もので、複雑かつ大がかりな始動装置を要するこ
となく最小のエネルギで確実に始動を行なうこと
が可能であり、しかも、始動時に発生しやすいコ
ンプレツサ部でのサージングを有効に防止するこ
とができるターボ・コンプレツサシステムを提供
することを目的とする。
(ニ) 構成
本発明は、かかる目的を達成するために、コン
プレツサの入口側から始動ガスを供給するととも
に、この始動ガスの供給圧を熱付加手段からター
ビンの入口側に付与される熱エネルギ量の増大に
伴わせて漸減させ、該供給圧が大気圧にまで低下
した段階で自励運転に移行し得るように構成した
ことを特徴とするものである。
プレツサの入口側から始動ガスを供給するととも
に、この始動ガスの供給圧を熱付加手段からター
ビンの入口側に付与される熱エネルギ量の増大に
伴わせて漸減させ、該供給圧が大気圧にまで低下
した段階で自励運転に移行し得るように構成した
ことを特徴とするものである。
(ホ) 実施例
以下、本発明を燃料電池発電プラントの空気圧
縮部分に適用した場合の一実施例につき、第２図
を参照して説明する。
縮部分に適用した場合の一実施例につき、第２図
を参照して説明する。
第２図に示すように、本発明に係るターボ・コ
ンプレツサシステムは、コンプレツサ１を可変ノ
ズル２ａを有したタービン２により駆動するよう
にしている。そして、前記コンプレツサ１の入口
１ａを供給バルブ３を介設した給気通路４を介し
て大気に開口させるとともに、前記コンプレツサ
１の出口１ｂと前記タービン２の入口２ｂとをガ
ス通路５を介して接続している。ガス通路５はメ
イン通路部５ａとサブ通路部５ｂとを並列に設け
てなるもので、前記メイン通路部５ａの途中に
は、熱付加手段として機能する燃料電池６の空気
室７が介設してあるとともに、前記サブ通路部５
ｂの途中には、第２の熱付加手段たる燃焼器８が
介設してある。また、前記給気通路４の前記給気
バルブ３よりも後段部分に始動ガス供給手段９を
設けている。始動ガス供給手段９は、高圧の始動
ガスを吐出するボンベ等の高圧ガス源１１と、こ
の高圧ガス源１１を前記給気通路４に接続する始
動ガス案内路１２と、この始動ガス案内路１２の
途中に介設され該案内路１２を無段階に開閉する
制御バルブ１３とを具備してなる。
ンプレツサシステムは、コンプレツサ１を可変ノ
ズル２ａを有したタービン２により駆動するよう
にしている。そして、前記コンプレツサ１の入口
１ａを供給バルブ３を介設した給気通路４を介し
て大気に開口させるとともに、前記コンプレツサ
１の出口１ｂと前記タービン２の入口２ｂとをガ
ス通路５を介して接続している。ガス通路５はメ
イン通路部５ａとサブ通路部５ｂとを並列に設け
てなるもので、前記メイン通路部５ａの途中に
は、熱付加手段として機能する燃料電池６の空気
室７が介設してあるとともに、前記サブ通路部５
ｂの途中には、第２の熱付加手段たる燃焼器８が
介設してある。また、前記給気通路４の前記給気
バルブ３よりも後段部分に始動ガス供給手段９を
設けている。始動ガス供給手段９は、高圧の始動
ガスを吐出するボンベ等の高圧ガス源１１と、こ
の高圧ガス源１１を前記給気通路４に接続する始
動ガス案内路１２と、この始動ガス案内路１２の
途中に介設され該案内路１２を無段階に開閉する
制御バルブ１３とを具備してなる。
次いで、この実施例の作動を説明する。始動に
際しては、給気バルブ３を閉じるとともに、始動
ガス供給手段９の制御バルブ１３を開成させる。
そうすると、高圧ガス源１１から吐出される高圧
の始動ガスがコンプレツサ１の入口１ａに供給さ
れるとともに、このコンプレツサ１を通過した始
動ガスがタービン２の入口２ｂに導入されること
になり、前記タービン２およびコンプレツサ１が
回転を始める。この状態で燃料電池６の空気室７
および燃焼炉８から前記タービン２の入口２ｂ側
に付与される熱エネルギの量を増加させていくと
このタービン２のパワーが増加傾向を示すため、
前記始動ガスの供給圧を低下させても運転は続行
される。しかして、前記タービン２の作動を維持
できる範囲内で前記始動ガス供給手段９の制御バ
ルブ１３の開度を漸減させ、前記始動ガスの供給
圧が大気圧にまで低下した段階で給気バルブ３を
開いて自励運転に移行させる。この段階を式を用
いて説明すれば次のようになる。コンプレツサ１
の仕事量をHcとすると、該Hcは、 Hc＝Cpa・Wc・１／ξc・Tcin｛（Pcout／Pcin）K-1/K −１｝ ……(1) なる式で表わされる。ここで、Cpaはガスの比熱
Wcはガスの質量流量、ξcはコンプレツサ効率、
Tcinはコンプレツサ１の入口温度、Pcinは入口
圧力、Pcoutは出口圧力、ｋは比熱比である一
方、タービン２の仕事量はHtとすると、該Ht
は、 Ht＝Cpt・Wt・ηt・Ttin｛１−（Ptout／Ptin）K ′-1/K′ ……(2) なる式で表わされる。ここで、Cptはガスの比熱
Wtはガスの質量流量、ηtはタービン効率、Ttin
はタービン２の入口温度、Ptinは入口圧力、
Ptoutは出口圧力、k′は比熱比である。コンプレ
ツサ１とタービン２とが作動している場合には、
Hc＝Htなる関係が成立するが、前記空気室７お
よび燃焼器８から始動ガスに付与される熱量が増
加してタービン２の入口温度Ttinが上昇すると
(1)式で示されるタービン２の仕事量Htが増加し
ていく。そのため、その供給熱量の増加に伴わせ
て(2)式で示されるコンプレツサ１の仕事量も増大
させることが可能となり、コンプレツサ１の入口
圧力Pcinを漸次減少させることができる。そし
て前記入口圧力Pcinが大気圧に達した時点で完
全な自励運転に円滑に移行させることができるも
のである。ところで、この実施例における自励運
転では、前記燃焼器８の燃焼量とタービン２の可
変ノズル２ａの開度とを適宜制御して、前記燃料
電池６の空気室７に常に一定圧、例えば5ataの空
気を供給するようになつている。
際しては、給気バルブ３を閉じるとともに、始動
ガス供給手段９の制御バルブ１３を開成させる。
そうすると、高圧ガス源１１から吐出される高圧
の始動ガスがコンプレツサ１の入口１ａに供給さ
れるとともに、このコンプレツサ１を通過した始
動ガスがタービン２の入口２ｂに導入されること
になり、前記タービン２およびコンプレツサ１が
回転を始める。この状態で燃料電池６の空気室７
および燃焼炉８から前記タービン２の入口２ｂ側
に付与される熱エネルギの量を増加させていくと
このタービン２のパワーが増加傾向を示すため、
前記始動ガスの供給圧を低下させても運転は続行
される。しかして、前記タービン２の作動を維持
できる範囲内で前記始動ガス供給手段９の制御バ
ルブ１３の開度を漸減させ、前記始動ガスの供給
圧が大気圧にまで低下した段階で給気バルブ３を
開いて自励運転に移行させる。この段階を式を用
いて説明すれば次のようになる。コンプレツサ１
の仕事量をHcとすると、該Hcは、 Hc＝Cpa・Wc・１／ξc・Tcin｛（Pcout／Pcin）K-1/K −１｝ ……(1) なる式で表わされる。ここで、Cpaはガスの比熱
Wcはガスの質量流量、ξcはコンプレツサ効率、
Tcinはコンプレツサ１の入口温度、Pcinは入口
圧力、Pcoutは出口圧力、ｋは比熱比である一
方、タービン２の仕事量はHtとすると、該Ht
は、 Ht＝Cpt・Wt・ηt・Ttin｛１−（Ptout／Ptin）K ′-1/K′ ……(2) なる式で表わされる。ここで、Cptはガスの比熱
Wtはガスの質量流量、ηtはタービン効率、Ttin
はタービン２の入口温度、Ptinは入口圧力、
Ptoutは出口圧力、k′は比熱比である。コンプレ
ツサ１とタービン２とが作動している場合には、
Hc＝Htなる関係が成立するが、前記空気室７お
よび燃焼器８から始動ガスに付与される熱量が増
加してタービン２の入口温度Ttinが上昇すると
(1)式で示されるタービン２の仕事量Htが増加し
ていく。そのため、その供給熱量の増加に伴わせ
て(2)式で示されるコンプレツサ１の仕事量も増大
させることが可能となり、コンプレツサ１の入口
圧力Pcinを漸次減少させることができる。そし
て前記入口圧力Pcinが大気圧に達した時点で完
全な自励運転に円滑に移行させることができるも
のである。ところで、この実施例における自励運
転では、前記燃焼器８の燃焼量とタービン２の可
変ノズル２ａの開度とを適宜制御して、前記燃料
電池６の空気室７に常に一定圧、例えば5ataの空
気を供給するようになつている。
なお、前記実施例では、本発明を燃料電池発電
プラントの空気圧縮部分に適用した場合について
説明したが、本発明はかならずしもこのようなも
のに限らず、他の種類のターボ・コンプレツサシ
ステムにも同様に適用が可能である。
プラントの空気圧縮部分に適用した場合について
説明したが、本発明はかならずしもこのようなも
のに限らず、他の種類のターボ・コンプレツサシ
ステムにも同様に適用が可能である。
また、始動ガス供給手段は、ガスボンベ等を用
いたものに限らず、ブロワや小形の空気圧縮機を
用いたものであつてもよい。
いたものに限らず、ブロワや小形の空気圧縮機を
用いたものであつてもよい。
さらに、作動ガスは空気に限らない。
(ヘ) 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。
ような効果が得られる。
まず、モータや変速機等の高速回転機械あるい
は各種の保護装置を用いることなしに、始動を行
なうことができるので、システムの簡略化を図る
ことができるとともに、始動に要するエネルギを
最小にすることができる。
は各種の保護装置を用いることなしに、始動を行
なうことができるので、システムの簡略化を図る
ことができるとともに、始動に要するエネルギを
最小にすることができる。
また、タービンの入口側へ直接始動ガスを供給
する代わりに、コンプレツサの入口側へ始動ガス
を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、コンプレツサの流量を十分に確保す
ることができる。そのため、始動時に発生し易い
サージングを有効に防止することができ、安定し
た始動性を確保することが可能となる。
する代わりに、コンプレツサの入口側へ始動ガス
を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、コンプレツサの流量を十分に確保す
ることができる。そのため、始動時に発生し易い
サージングを有効に防止することができ、安定し
た始動性を確保することが可能となる。
さらに、余剰の高圧ガスがあれば、そのガスを
始動ガス供給手段を利用してコンプレツサの入口
に供給することができるので、燃焼器等の熱付加
手段を停止させたままで、アイドリング運転を行
なうことができるという便利さもある。
始動ガス供給手段を利用してコンプレツサの入口
に供給することができるので、燃焼器等の熱付加
手段を停止させたままで、アイドリング運転を行
なうことができるという便利さもある。
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であ
る。 １……コンプレツサ、１ａ……入口、１ｂ……
出口、２……タービン、２ｂ……入口、３……給
気バルブ、５……ガス通路、７……熱付加手段
（空気室）、８……熱付加手段（燃焼器）、９……
始動ガス供給手段。
は本発明の一実施例を示すシステム説明図であ
る。 １……コンプレツサ、１ａ……入口、１ｂ……
出口、２……タービン、２ｂ……入口、３……給
気バルブ、５……ガス通路、７……熱付加手段
（空気室）、８……熱付加手段（燃焼器）、９……
始動ガス供給手段。
Claims (1)
- 入口を給気バルブを介して大気を開口させたコ
ンプレツサと、入口をガス通路を介して前記コン
プレツサの出口に接続しかつ出口を大気に開放し
たコンプレツサ駆動用のタービンと、前記ガス通
路の途中に介設され前記タービンの入口側に熱エ
ネルギを付与する熱付加手段と、前記給気バルブ
が閉じる始動時に前記サンプレツサの入口に大気
圧以上の始動ガスを供給して前記タービンを作動
させるとともに該タービンの作動を維持できる条
件を満しつつ前記始動ガスの供給圧を前記熱付加
手段による供給熱量の増大に伴わせて漸減させる
始動ガス供給手段とを具備してなり、前記始動ガ
スの供給圧が大気圧にまで低下した段階で前記給
気バルブを開いて自励運転に移行させ得るように
構成したことを特徴とするターボ・コンプレツサ
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58118606A JPS6011635A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | タ−ボ・コンプレツサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58118606A JPS6011635A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | タ−ボ・コンプレツサシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6011635A JPS6011635A (ja) | 1985-01-21 |
| JPH0454048B2 true JPH0454048B2 (ja) | 1992-08-28 |
Family
ID=14740720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58118606A Granted JPS6011635A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | タ−ボ・コンプレツサシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6011635A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6179856A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | タ−ボ圧縮機システムの起動方法 |
| JP6087591B2 (ja) * | 2012-11-12 | 2017-03-01 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法 |
| DE112013005226T5 (de) | 2012-10-31 | 2015-08-06 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Stromerzeugungssystem und -Verfahren zum Aktivieren von Brennstoffzellen in Stromerzeugungssystemen |
| JP2018152181A (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
-
1983
- 1983-06-29 JP JP58118606A patent/JPS6011635A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6011635A (ja) | 1985-01-21 |
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