JPH0812782B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH0812782B2 JPH0812782B2 JP1116810A JP11681089A JPH0812782B2 JP H0812782 B2 JPH0812782 B2 JP H0812782B2 JP 1116810 A JP1116810 A JP 1116810A JP 11681089 A JP11681089 A JP 11681089A JP H0812782 B2 JPH0812782 B2 JP H0812782B2
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加圧形燃料電池発電装置、特に改質器の燃
焼排ガス，および燃料電池の排ガスで駆動する熱回収用
の排ガスタービンと、該タービンと連結することなく独
立設置した空気昇圧用のコンプレッサとを組合せた燃料
電池発電装置に関する。
焼排ガス，および燃料電池の排ガスで駆動する熱回収用
の排ガスタービンと、該タービンと連結することなく独
立設置した空気昇圧用のコンプレッサとを組合せた燃料
電池発電装置に関する。
頭記の燃料電池発電装置では天然ガス,LPG,メタノー
ルなどの燃料を改質器で水素リッチな燃料ガスに改質し
て燃料電池のアノードに供給し、カソードには空気ブロ
ア，コンプレッサを通じて大気側から取り込んだ空気を
供給して発電するとともに、アノード側から排出する燃
料系の排ガス（水素を含む）を改質器のバーナに送り込
んで燃焼させ、その燃焼熱で燃料の改質を行うようにし
ている。また、特にりん酸形燃料電池で動作圧力を4kg/
cm2G,190℃程度にした加圧形燃料電池発電装置では、プ
ラント効率の向上を狙いに改質器から排出する燃焼排ガ
ス，および燃料電池のカソードから排出する空気排ガス
で排ガスタービンを駆動し、燃焼排ガスの保有する熱エ
ネルギーを動力として回収する方式が開発されている。
ルなどの燃料を改質器で水素リッチな燃料ガスに改質し
て燃料電池のアノードに供給し、カソードには空気ブロ
ア，コンプレッサを通じて大気側から取り込んだ空気を
供給して発電するとともに、アノード側から排出する燃
料系の排ガス（水素を含む）を改質器のバーナに送り込
んで燃焼させ、その燃焼熱で燃料の改質を行うようにし
ている。また、特にりん酸形燃料電池で動作圧力を4kg/
cm2G,190℃程度にした加圧形燃料電池発電装置では、プ
ラント効率の向上を狙いに改質器から排出する燃焼排ガ
ス，および燃料電池のカソードから排出する空気排ガス
で排ガスタービンを駆動し、燃焼排ガスの保有する熱エ
ネルギーを動力として回収する方式が開発されている。
一方、燃料電池では内部のマトリクスを透過してアノ
ードとカソードとの極間でガスクロスが発生すると、電
池の出力特性が低下する他、局所加熱が生じて電池寿命
が低下する。そのために、アノード／カソードの極間差
圧をある限度（通常は50〜100mmH2O程度）以内に抑える
必要があり、この差圧制御手段として、従来では燃料電
池の出口側でアノード，カソードの排ガス配管系に差圧
制御弁を介装して極間差圧を許容限度以内に維持するよ
うにした極間差圧制御方式が一般に採用されている。
ードとカソードとの極間でガスクロスが発生すると、電
池の出力特性が低下する他、局所加熱が生じて電池寿命
が低下する。そのために、アノード／カソードの極間差
圧をある限度（通常は50〜100mmH2O程度）以内に抑える
必要があり、この差圧制御手段として、従来では燃料電
池の出口側でアノード，カソードの排ガス配管系に差圧
制御弁を介装して極間差圧を許容限度以内に維持するよ
うにした極間差圧制御方式が一般に採用されている。
第３図は前記の極間差圧制御方式を採用した従来にお
けるりん酸型燃料電池発電装置のシステムフロー図であ
り、図において、１は加圧形の燃料電池、２は天然ガス
などの燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質
器、３は大気から取り込んだ空気を昇圧するコンプレッ
サ、４は排ガスの熱回収を行う排ガスタービン、５は発
電機、6,7は燃料電池１のアノード1a,カソード1bの出口
より引出した燃料系，空気系の排ガス管路に接続した差
圧制御弁である。
けるりん酸型燃料電池発電装置のシステムフロー図であ
り、図において、１は加圧形の燃料電池、２は天然ガス
などの燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質
器、３は大気から取り込んだ空気を昇圧するコンプレッ
サ、４は排ガスの熱回収を行う排ガスタービン、５は発
電機、6,7は燃料電池１のアノード1a,カソード1bの出口
より引出した燃料系，空気系の排ガス管路に接続した差
圧制御弁である。
かかる構成で、発電システムの運転時には、改質器２
のバーナ2aに燃料電池１のアノード排ガス（水素を含ん
でいる）と空気ブロア３から送気した空気を供給して燃
焼させ、その燃焼熱により燃料と改質触媒とを接触反応
させて燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。また、
改質器２より引出した燃焼排ガス配管８に燃料電池１の
カソード1bより引出した空気排ガス配管９を結合し、改
質器２の燃焼排ガスと空気系の排ガスとを合流させた上
で排ガスタービン４に導いて排ガスタービン４を駆動
し、その発電を例えば空気ブロア３の駆動モータ3aに給
電し、発電量不足の場合には、外部の給電系統より給電
するようにしている。
のバーナ2aに燃料電池１のアノード排ガス（水素を含ん
でいる）と空気ブロア３から送気した空気を供給して燃
焼させ、その燃焼熱により燃料と改質触媒とを接触反応
させて燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。また、
改質器２より引出した燃焼排ガス配管８に燃料電池１の
カソード1bより引出した空気排ガス配管９を結合し、改
質器２の燃焼排ガスと空気系の排ガスとを合流させた上
で排ガスタービン４に導いて排ガスタービン４を駆動
し、その発電を例えば空気ブロア３の駆動モータ3aに給
電し、発電量不足の場合には、外部の給電系統より給電
するようにしている。
一方、燃料電池１の通常運転時には、燃料電池１の圧
力容器（図示せず）に封入した窒素のガス圧を基準に差
圧制御弁6,7を制御し、燃料電池１におけるアノード1a
とカソード1bとの極間差圧が許容限度圧以内に収まるよ
うに差圧制御を行っている。
力容器（図示せず）に封入した窒素のガス圧を基準に差
圧制御弁6,7を制御し、燃料電池１におけるアノード1a
とカソード1bとの極間差圧が許容限度圧以内に収まるよ
うに差圧制御を行っている。
ところで、前記した燃料電池発電システムは、負荷の
増減によって燃料電池に導入される燃料ガス，空気の流
量、および改質器の燃焼排ガス流量が変動し、このため
に排ガスタービン（タービン出口が大気側に開放してい
る）に流入するガス量が変化する。しかも排ガスタービ
ンの特性から、タービンへの流入ガス流量が低下すると
タービンでのガス膨張比が小となって排ガスタービンの
入口側圧力が減少し、この結果として排ガスタービンか
ら見て上流側にある燃料電池の排気ガス配管系のガス圧
が低下する。
増減によって燃料電池に導入される燃料ガス，空気の流
量、および改質器の燃焼排ガス流量が変動し、このため
に排ガスタービン（タービン出口が大気側に開放してい
る）に流入するガス量が変化する。しかも排ガスタービ
ンの特性から、タービンへの流入ガス流量が低下すると
タービンでのガス膨張比が小となって排ガスタービンの
入口側圧力が減少し、この結果として排ガスタービンか
ら見て上流側にある燃料電池の排気ガス配管系のガス圧
が低下する。
つまり、燃料電池の排ガス配管系の圧力が排ガスター
ビンへのガス流入量によって直接に影響を受け、ガス流
量の少ない軽負荷時には排ガス圧力が大きく低下し、逆
にガス流量の多い高負荷時にはその排ガス圧力が上昇す
る。このために、実際の負荷範囲での最大負荷と最小負
荷との運転状態を比較すると、第３図で述べたように改
質器の燃焼排ガス，燃料電池の空気系排ガスをそのまま
排ガスタービンに導入する従来方式の発電システムで
は、燃料電池の排ガス配管系における圧力変動幅が極め
て大となり、燃料電池の運転効率が低下する。
ビンへのガス流入量によって直接に影響を受け、ガス流
量の少ない軽負荷時には排ガス圧力が大きく低下し、逆
にガス流量の多い高負荷時にはその排ガス圧力が上昇す
る。このために、実際の負荷範囲での最大負荷と最小負
荷との運転状態を比較すると、第３図で述べたように改
質器の燃焼排ガス，燃料電池の空気系排ガスをそのまま
排ガスタービンに導入する従来方式の発電システムで
は、燃料電池の排ガス配管系における圧力変動幅が極め
て大となり、燃料電池の運転効率が低下する。
さらにこのことは、燃料電池の排ガス配管系に差圧制
御弁を介装したシステムにおいては、差圧制御弁に対
し、広範囲な圧力制御機能が要求されることを意味す
る。しかして一般に差圧制御弁の実用的な制御範囲は狭
く、現状では前記のように最大負荷運転から最小負荷運
転までの広い範囲な圧力変動に対応させて圧力制御を行
うことは殆ど不可能である。
御弁を介装したシステムにおいては、差圧制御弁に対
し、広範囲な圧力制御機能が要求されることを意味す
る。しかして一般に差圧制御弁の実用的な制御範囲は狭
く、現状では前記のように最大負荷運転から最小負荷運
転までの広い範囲な圧力変動に対応させて圧力制御を行
うことは殆ど不可能である。
一方、前記の問題に対処する対策として、燃料電池の
運転圧力を負荷変動に応じて変えるようにした運転方式
が考えられるが、燃料電池の発電特性は反応ガスである
燃料ガス，空気の水素，酸素の分圧に依存することか
ら、低負荷時に燃料電池の運転圧力を定格圧力よりも下
げると燃料電池の発電効率が著しく低下してしまう。
運転圧力を負荷変動に応じて変えるようにした運転方式
が考えられるが、燃料電池の発電特性は反応ガスである
燃料ガス，空気の水素，酸素の分圧に依存することか
ら、低負荷時に燃料電池の運転圧力を定格圧力よりも下
げると燃料電池の発電効率が著しく低下してしまう。
本発明の上記の点にかんがみなされたものであり、コ
ンプレッサと連結することなく独立設置した排ガスター
ビンを組合せた燃料電池発電システムを対象に、低負荷
から高負荷までの負荷変動範囲で燃料電池を常に適正な
運転圧力を維持して高効率運転を可能にし、同時にその
圧力変動幅を差圧制御弁の実用的な制御範囲に収めるこ
とができるようにした燃料電池発電装置を提供すること
を目的とする。
ンプレッサと連結することなく独立設置した排ガスター
ビンを組合せた燃料電池発電システムを対象に、低負荷
から高負荷までの負荷変動範囲で燃料電池を常に適正な
運転圧力を維持して高効率運転を可能にし、同時にその
圧力変動幅を差圧制御弁の実用的な制御範囲に収めるこ
とができるようにした燃料電池発電装置を提供すること
を目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、加圧型の燃料電
池と、燃料改質器と、燃料電池の排ガスおよび改質器の
燃焼排ガスで駆動する熱回収用の排ガスタービンと、該
タービンと連結することなく独立設置した空気昇圧用の
コンプレッサとを組合わせた燃料電池発電装置におい
て、前記燃料電池の各反応ガス排ガス出口配管部に配設
され，出口配管部に差圧制御弁を備えた燃料電池におい
ては該弁の下流側に配設された圧力検出器と、前記排ガ
スタービン入口部に設けた圧力制御弁と、該圧力制御弁
の開度を制御する制御部とを備え、該制御部は前記圧力
検出器の検出信号を入力し，前記燃料電池と圧力検出器
との間の圧力損失を考慮して燃料電池の運転圧力に相応
して定めた所定の一定圧力，もしくは負荷に依存する圧
力曲線に対応した圧力を設定値として与え，前記圧力検
出器の検出値が設定値と一致するように前記制御弁の弁
開度を前記圧力検出器の検出値に基づいてフィードバッ
ク制御するものとする。
池と、燃料改質器と、燃料電池の排ガスおよび改質器の
燃焼排ガスで駆動する熱回収用の排ガスタービンと、該
タービンと連結することなく独立設置した空気昇圧用の
コンプレッサとを組合わせた燃料電池発電装置におい
て、前記燃料電池の各反応ガス排ガス出口配管部に配設
され，出口配管部に差圧制御弁を備えた燃料電池におい
ては該弁の下流側に配設された圧力検出器と、前記排ガ
スタービン入口部に設けた圧力制御弁と、該圧力制御弁
の開度を制御する制御部とを備え、該制御部は前記圧力
検出器の検出信号を入力し，前記燃料電池と圧力検出器
との間の圧力損失を考慮して燃料電池の運転圧力に相応
して定めた所定の一定圧力，もしくは負荷に依存する圧
力曲線に対応した圧力を設定値として与え，前記圧力検
出器の検出値が設定値と一致するように前記制御弁の弁
開度を前記圧力検出器の検出値に基づいてフィードバッ
ク制御するものとする。
上記の構成で、制御系は排ガスタービンの入口側に設
けた圧力制御弁と、燃料電池の排ガス配管系に設けた圧
力検出器と、その制御部とからなるプロセス制御系とし
て構成したものである。
けた圧力制御弁と、燃料電池の排ガス配管系に設けた圧
力検出器と、その制御部とからなるプロセス制御系とし
て構成したものである。
ここで、制御部に一定圧もしくは負荷に依存した圧力
曲線に対応する圧力設定値を与え、圧力検出値を基に前
記圧力制御弁を制御することにより、ガス流量の少ない
低負荷からガス流量が多い高負荷までの範囲を通じて、
燃料電池の排ガス配管系のガス圧，したがって燃料電池
の運転圧力を常に適正な圧力に維持して高効率運転する
ことができる。
曲線に対応する圧力設定値を与え、圧力検出値を基に前
記圧力制御弁を制御することにより、ガス流量の少ない
低負荷からガス流量が多い高負荷までの範囲を通じて、
燃料電池の排ガス配管系のガス圧，したがって燃料電池
の運転圧力を常に適正な圧力に維持して高効率運転する
ことができる。
また、排ガスタービンの入口側で圧力制御することに
より、低負荷から高負荷までの範囲で燃料電池の負荷変
動に伴う排ガス配管系の圧力変動幅を差圧制御弁の実用
的な制御範囲内に収めることが可能となり、これにより
常に安定した極間差圧制御が行える。
より、低負荷から高負荷までの範囲で燃料電池の負荷変
動に伴う排ガス配管系の圧力変動幅を差圧制御弁の実用
的な制御範囲内に収めることが可能となり、これにより
常に安定した極間差圧制御が行える。
第１図，第２図はそれぞれ異なる本発明実施例のシス
テムフロー図であり、第３図に対応する同一機器には同
じ符号が付してある。
テムフロー図であり、第３図に対応する同一機器には同
じ符号が付してある。
まず、第１図の実施例は燃料電池１のアノード1a,カ
ソード1bに対し、その排ガス配管系に差圧制御弁6,7を
備えて極間差圧制御を行っている場合の実施例であり、
本発明により排ガスタービン４の入口側には圧力制御弁
10が設けてある。さらに燃料電池１のアノード1a,カソ
ード1bより引出した排ガス配管部に配設した差圧制御弁
6,7の下流側には圧力検出器としての圧力発信器11,12が
設置してあり、その検出信号は信号切換器13を介して制
御部14に与えられる。一方、制御部14は加圧形燃料電池
１の運転圧に相応して燃料電池出口と圧力検出器との間
の圧力損失を考慮して定めた所定の一定圧，もしくは負
荷に依存する圧力曲線に対応した圧力を設定値として与
え、前記した圧力発信器11ないし12の検出値を基に燃料
電池の排ガス配管系のガス圧が設定圧力を維持するよう
にフィードバック制御する。
ソード1bに対し、その排ガス配管系に差圧制御弁6,7を
備えて極間差圧制御を行っている場合の実施例であり、
本発明により排ガスタービン４の入口側には圧力制御弁
10が設けてある。さらに燃料電池１のアノード1a,カソ
ード1bより引出した排ガス配管部に配設した差圧制御弁
6,7の下流側には圧力検出器としての圧力発信器11,12が
設置してあり、その検出信号は信号切換器13を介して制
御部14に与えられる。一方、制御部14は加圧形燃料電池
１の運転圧に相応して燃料電池出口と圧力検出器との間
の圧力損失を考慮して定めた所定の一定圧，もしくは負
荷に依存する圧力曲線に対応した圧力を設定値として与
え、前記した圧力発信器11ないし12の検出値を基に燃料
電池の排ガス配管系のガス圧が設定圧力を維持するよう
にフィードバック制御する。
なお、制御信号の切換器13は、圧力発信器11,12の検
出値のいずれかを選択するものである。すなわち、燃料
電池１においてアノード1a,カソード1bより引出した排
ガス配管系には、図示されてないが排ガスの保有する熱
エネルギーを回収するために、必要に応じて各所に熱交
換器を設けており、かつ燃料系と空気系とでは配管系の
圧力損失も異なる。したがって、図示例のように圧力発
信器11ないし12のいずれかを選択することで、システム
として最適な圧力制御を行うことができ。
出値のいずれかを選択するものである。すなわち、燃料
電池１においてアノード1a,カソード1bより引出した排
ガス配管系には、図示されてないが排ガスの保有する熱
エネルギーを回収するために、必要に応じて各所に熱交
換器を設けており、かつ燃料系と空気系とでは配管系の
圧力損失も異なる。したがって、図示例のように圧力発
信器11ないし12のいずれかを選択することで、システム
として最適な圧力制御を行うことができ。
上記の構成により、低負荷から高負荷までの負荷変動
に対して、燃料電池１の排ガス配管系の圧力，したがっ
て燃料電池自身の運転圧力を常に適正な圧力に維持して
運転することができる。また、差圧制御弁6,7に対して
その下流側に配した圧力制御弁10で圧力制御を行うこと
により、負荷変動に伴う排ガス配管系の圧力変動幅を差
圧制御弁6,7の実用的な制御範囲に収めて、最小負荷か
ら最大負荷までの負荷変動に対応した極間差圧制御を行
うことが可能となる。上記の理由について具体的に以下
に詳述する。例えば、燃料電池の運転圧力を4kg/cm2Gと
する。差圧制御弁の計画圧損を0.5kg/cm2Gとし、燃料電
池から差圧制御弁までの配管圧損は配管長が短いので無
視すると、制御部14に与える所定の設定圧は3.5kg/cm2G
となる。
に対して、燃料電池１の排ガス配管系の圧力，したがっ
て燃料電池自身の運転圧力を常に適正な圧力に維持して
運転することができる。また、差圧制御弁6,7に対して
その下流側に配した圧力制御弁10で圧力制御を行うこと
により、負荷変動に伴う排ガス配管系の圧力変動幅を差
圧制御弁6,7の実用的な制御範囲に収めて、最小負荷か
ら最大負荷までの負荷変動に対応した極間差圧制御を行
うことが可能となる。上記の理由について具体的に以下
に詳述する。例えば、燃料電池の運転圧力を4kg/cm2Gと
する。差圧制御弁の計画圧損を0.5kg/cm2Gとし、燃料電
池から差圧制御弁までの配管圧損は配管長が短いので無
視すると、制御部14に与える所定の設定圧は3.5kg/cm2G
となる。
排ガスタービンはその回収動力を大きくするために、
入口圧力を高くしたい。負荷変動幅が大きく反応ガスの
流量変化が大きい発電システムの場合には、差圧制御弁
下流部から排ガスタービン入口までの圧力損失が大きく
なるので、差圧制御弁下流部の圧力設定値即ち制御部14
に与える所定の設定圧を負荷によって変えることがあ
る。即ち、排ガスタービンでの回収動力を大きくするた
めに、高負荷で系の圧損が大きい場合には差圧制御弁下
流部の圧力を高くするように差圧制御弁下流の圧力設定
曲線を定める。例えば、燃料電池の運転圧力4kg/cm2G
（燃料電池は全負荷帯で一定圧力）に対し、差圧制御弁
の圧力損失を0.5（最低負荷）〜0.3（最大負荷）kg/cm2
とすれば、差圧制御弁下流部の圧力設定値即ち制御部14
に与える所定の設定圧は3.5（最低負荷）〜3.7（最大負
荷）kg/cm2Gとなる。
入口圧力を高くしたい。負荷変動幅が大きく反応ガスの
流量変化が大きい発電システムの場合には、差圧制御弁
下流部から排ガスタービン入口までの圧力損失が大きく
なるので、差圧制御弁下流部の圧力設定値即ち制御部14
に与える所定の設定圧を負荷によって変えることがあ
る。即ち、排ガスタービンでの回収動力を大きくするた
めに、高負荷で系の圧損が大きい場合には差圧制御弁下
流部の圧力を高くするように差圧制御弁下流の圧力設定
曲線を定める。例えば、燃料電池の運転圧力4kg/cm2G
（燃料電池は全負荷帯で一定圧力）に対し、差圧制御弁
の圧力損失を0.5（最低負荷）〜0.3（最大負荷）kg/cm2
とすれば、差圧制御弁下流部の圧力設定値即ち制御部14
に与える所定の設定圧は3.5（最低負荷）〜3.7（最大負
荷）kg/cm2Gとなる。
ところで、差圧制御弁を計画する上で、下流の排ガス
タービンによる動力回収量が減少しないように、差圧制
御弁における圧力損失を小さく設計することが一般的で
ある。ガスタービンの流量と膨張比の関係は、周知のと
おり流量が少なくなると膨張比が小さくなる。燃料電池
発電装置の場合、排ガスタービン出口は大気開放であ
り、その圧力は大気圧で一定である。従って、排ガスタ
ービン入口圧力は流量が少なくなるほど低下する。
タービンによる動力回収量が減少しないように、差圧制
御弁における圧力損失を小さく設計することが一般的で
ある。ガスタービンの流量と膨張比の関係は、周知のと
おり流量が少なくなると膨張比が小さくなる。燃料電池
発電装置の場合、排ガスタービン出口は大気開放であ
り、その圧力は大気圧で一定である。従って、排ガスタ
ービン入口圧力は流量が少なくなるほど低下する。
例えば、排ガスタービンの定格における設計点で、そ
の入口圧力を3kg/cm2Gで計画（この場合、圧力検出器11
から圧力制御弁10までの配管の圧力損失を0.5kg/cm2と
見込んで計画）したものにおいて、部分負荷で流量が少
なくなると2kg/cm2G前後まで低下する。
の入口圧力を3kg/cm2Gで計画（この場合、圧力検出器11
から圧力制御弁10までの配管の圧力損失を0.5kg/cm2と
見込んで計画）したものにおいて、部分負荷で流量が少
なくなると2kg/cm2G前後まで低下する。
従来技術のように排ガスタービン入口部に圧力制御弁
がない場合には、前記の圧力低下は、差圧制御弁でその
圧力損失として背負うこととなる。即ち、差圧制御弁で
の前記差圧0.5kg/cm2で計画したものを1.5kg/cm2で運用
することとなる。この場合、差圧制御弁の開度をかなり
絞って小さくすることとなり、閉状に近い開度領域のた
め、微妙な圧力制御ができない状態となり、電池差圧の
正常な保持が困難となる。
がない場合には、前記の圧力低下は、差圧制御弁でその
圧力損失として背負うこととなる。即ち、差圧制御弁で
の前記差圧0.5kg/cm2で計画したものを1.5kg/cm2で運用
することとなる。この場合、差圧制御弁の開度をかなり
絞って小さくすることとなり、閉状に近い開度領域のた
め、微妙な圧力制御ができない状態となり、電池差圧の
正常な保持が困難となる。
この発明によれば、流量低下による排ガスタービン入
口の圧力低下は、排ガスタービン入口部に設けた圧力制
御弁が負う、即ち、前述の例において3kg/cm2Gを2kg/cm
2G前後まで圧力降下させる分を圧力制御弁が負い，前述
の配管の圧力損失で0.5kg/cm2を負い，残りの0.5kg/cm2
を差圧制御弁で負うことにより、電池圧力を4kg/cm2Gに
維持するので、差圧制御弁は計画どおりの圧力損失で運
用することができ、電池差圧の適正な制御が可能とな
る。
口の圧力低下は、排ガスタービン入口部に設けた圧力制
御弁が負う、即ち、前述の例において3kg/cm2Gを2kg/cm
2G前後まで圧力降下させる分を圧力制御弁が負い，前述
の配管の圧力損失で0.5kg/cm2を負い，残りの0.5kg/cm2
を差圧制御弁で負うことにより、電池圧力を4kg/cm2Gに
維持するので、差圧制御弁は計画どおりの圧力損失で運
用することができ、電池差圧の適正な制御が可能とな
る。
第２図は本発明の別の実施例であり、第１図の実施例
における差圧制御弁を省略し、その代わりにカソード1b
から引出した排ガス配管９の途中に固定流路抵抗を与え
る絞り部材15を介装したものであり、他の構成は第１図
と同様である。
における差圧制御弁を省略し、その代わりにカソード1b
から引出した排ガス配管９の途中に固定流路抵抗を与え
る絞り部材15を介装したものであり、他の構成は第１図
と同様である。
かかる構成では、前記の絞り部材15でアノード1aの排
ガス配管系に接続した改質器２のバーナ2aの圧力損失分
に相応する流路抵抗を設定することにより、燃料電池の
燃料系，空気系における排ガス配管の圧力損失がほぼ同
じになるよう整合し、燃料電池内部でのアノード1aとカ
ソード1bとの間の極間差圧を許容圧力限度内に抑えるこ
とができる。また、差圧制御弁を省略した分だけ系内で
の圧力損失が少なくて済み、排ガスタービン４での動力
回収が改善される。
ガス配管系に接続した改質器２のバーナ2aの圧力損失分
に相応する流路抵抗を設定することにより、燃料電池の
燃料系，空気系における排ガス配管の圧力損失がほぼ同
じになるよう整合し、燃料電池内部でのアノード1aとカ
ソード1bとの間の極間差圧を許容圧力限度内に抑えるこ
とができる。また、差圧制御弁を省略した分だけ系内で
の圧力損失が少なくて済み、排ガスタービン４での動力
回収が改善される。
しかも、第１図の実施例と同様に圧力検出器11,ない
し12を選択して排ガスタービン４の入口側に設けた圧力
制御弁10を制御することで、最小負荷から最大負荷まで
の負荷変動範囲で燃料電池１の運転圧力を適正圧力に維
持することが可能になる。これにより、低負荷運転時で
も燃料電池１の高効率運転が実現できる。
し12を選択して排ガスタービン４の入口側に設けた圧力
制御弁10を制御することで、最小負荷から最大負荷まで
の負荷変動範囲で燃料電池１の運転圧力を適正圧力に維
持することが可能になる。これにより、低負荷運転時で
も燃料電池１の高効率運転が実現できる。
なお、発明者が試算したところによれば、排ガスター
ビンの入口側に圧力制御弁を設けて燃料電池の運転圧力
の維持を図ることにより、燃料電池単体としての発電効
率が約５％改善することができる。
ビンの入口側に圧力制御弁を設けて燃料電池の運転圧力
の維持を図ることにより、燃料電池単体としての発電効
率が約５％改善することができる。
本発明の燃料電池発電装置は、以上説明したように構
成されているので、次記の効果を奏する。
成されているので、次記の効果を奏する。
（１）低負荷から高負荷までの負荷変動に対して、排ガ
スタービン入口に設えた制御弁を制御することにより、
燃料電池の運転圧を常に適正圧に維持して高効率運転が
実現できる。
スタービン入口に設えた制御弁を制御することにより、
燃料電池の運転圧を常に適正圧に維持して高効率運転が
実現できる。
（２）特に、燃料電池の排ガス配管系に差圧制御弁を接
続して燃料電池の極間差圧制御を行っている場合には、
広範囲な負荷変動に伴う排ガス配管系の圧力変動幅を縮
小して差圧制御弁の実用的な制御範囲に収めて安定した
極間差圧制御を行うことができる。
続して燃料電池の極間差圧制御を行っている場合には、
広範囲な負荷変動に伴う排ガス配管系の圧力変動幅を縮
小して差圧制御弁の実用的な制御範囲に収めて安定した
極間差圧制御を行うことができる。
第１図，第２図はそれぞれ異なる本発明実施例のシステ
ムフロー図、第３図は従来における燃料電池発電システ
ムのフロー図である。図において、 1:燃料電池、1a:アノード、1b:カソード、2:改質器、4:
排ガスタービン、6,7:差圧制御弁、10:圧力制御弁、11,
12:圧力検出器、13:制御部。
ムフロー図、第３図は従来における燃料電池発電システ
ムのフロー図である。図において、 1:燃料電池、1a:アノード、1b:カソード、2:改質器、4:
排ガスタービン、6,7:差圧制御弁、10:圧力制御弁、11,
12:圧力検出器、13:制御部。
Claims (1)
- 【請求項１】加圧型の燃料電池と、燃料改質器と、燃料
電池の排ガスおよび改質器の燃焼排ガスで駆動する熱回
収用の排ガスタービンと、該タービンと連結することな
く独立設置した空気昇圧用のコンプレッサとを組合わせ
た燃料電池発電装置において、前記燃料電池の各反応ガ
ス排ガス出口配管部に配設され，出口配管部に差圧制御
弁を備えた燃料電池においては該弁の下流側に配設され
た圧力検出器と、前記排ガスタービン入口部に設けた圧
力制御弁と、該圧力制御弁の開度を制御する制御部とを
備え、該制御部は前記圧力検出器の検出信号を入力し，
前記燃料電池と圧力検出器との間の圧力損失を考慮して
燃料電池の運転圧力に相応して定めた所定の一定圧力，
もしくは負荷に依存する圧力曲線に対応した圧力を設定
値として与え、前記圧力検出器の検出値が設定値と一致
するように前記制御弁の弁開度を前記圧力検出器の検出
器に基づいてフィードバック制御するものであることを
特徴とする燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116810A JPH0812782B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116810A JPH0812782B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02297866A JPH02297866A (ja) | 1990-12-10 |
| JPH0812782B2 true JPH0812782B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=14696212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1116810A Expired - Fee Related JPH0812782B2 (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812782B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7207216B2 (ja) * | 2019-07-24 | 2023-01-18 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208063A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-19 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JPS6180761A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-24 | Shimadzu Corp | 燃料電池発電システムの制御方式 |
-
1989
- 1989-05-10 JP JP1116810A patent/JPH0812782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02297866A (ja) | 1990-12-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |