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JP6223802B2 - Control device for combined power generation system, combined power generation system including the same, and control method for combined power generation system - Google Patents

Control device for combined power generation system, combined power generation system including the same, and control method for combined power generation system Download PDF

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JP6223802B2 JP2013253333A JP2013253333A JP6223802B2 JP 6223802 B2 JP6223802 B2 JP 6223802B2 JP 2013253333 A JP2013253333 A JP 2013253333A JP 2013253333 A JP2013253333 A JP 2013253333A JP 6223802 B2 JP6223802 B2 JP 6223802B2
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雄一 寺本
雄一 寺本
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Description

本発明は、複合発電システムの制御装置及びそれを備えた複合発電システム並びに複合発電システムの制御方法に関するものである。   The present invention relates to a combined power generation system control device, a combined power generation system including the same, and a combined power generation system control method.

燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、燃料側の電極である燃料極と、空気(酸化剤)側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。   A fuel cell is a power generation device that uses a power generation method based on an electrochemical reaction. A fuel electrode that is an electrode on the fuel side, an air electrode that is an electrode on the air (oxidant) side, and only ions between them. Various types of electrolytes have been developed depending on the type of electrolyte.

このうち、例えば、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」と呼ぶ)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このSOFCは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高く、高効率な高温型燃料電池として知られている。   Among these, for example, a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) uses ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte, and city gas, natural gas, petroleum, methanol, coal gasification is used. This is a fuel cell operated using gas or the like as fuel. This SOFC is known as a high-efficiency high-temperature fuel cell having an operating temperature as high as about 700 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity.

このSOFCは、燃料極、電解質、空気極からなる発電素子がインタコネクターを介して電気的に接続されたセルスタックを形成し、複数のセルスタックが少なくとも周囲の一部を仕切られた空間である発電室に設置されている。また、このSOFCは、イオン電導率を高めるために作動温度が高くされているので、ガスタービンの圧縮機から吐出され、ガスタービンの排ガス熱を利用して高温とされた吐出空気を空気極側に供給する空気(酸化剤)として使用できる。また、SOFCで利用できなかった高温の排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として使用できる等、ガスタービンとの相性がよい。   The SOFC is a space in which a power stack composed of a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode is electrically connected via an interconnector, and a plurality of cell stacks are partitioned at least partially around the periphery. It is installed in the power generation room. In addition, since the operating temperature of this SOFC is increased in order to increase the ionic conductivity, the discharge air discharged from the compressor of the gas turbine and heated to high temperature using the exhaust gas heat of the gas turbine is converted to the air electrode side. Can be used as air (oxidant) supplied to Moreover, the compatibility with a gas turbine is good, for example, high-temperature exhaust fuel gas that could not be used in SOFC can be used as a fuel for a combustor of a gas turbine.

こうしたSOFCの起動時にはセルスタックを定格発電温度まで昇温させるために、供給空気による発電室の昇温(以下「第1温度制御」という)と、発電室に燃料を供給して発電室内で燃焼(炉内燃焼)させることによる昇温(以下「第2温度制御」という)とが行われており、SOFCを短時間で昇温させるための技術が提案されている。   In order to raise the temperature of the cell stack to the rated power generation temperature at the start-up of such SOFC, the temperature of the power generation chamber is increased by supply air (hereinafter referred to as “first temperature control”), and fuel is supplied to the power generation chamber and burned in the power generation chamber. The temperature is raised by (combustion in the furnace) (hereinafter referred to as “second temperature control”), and a technique for raising the temperature of the SOFC in a short time has been proposed.

下記特許文献1では、燃料電池とガスタービンとを含むハイブリッド発電装置において、ガスタービンのコンプレッサからのホットエアで燃料電池の発電室を昇温させて燃料電池の温度が所定の温度に到達させる起動方法が開示されている。
また、下記特許文献2では、昇温時において、ガスタービンの圧縮機から熱交換器を介して燃料電池に送られる際に、高温熱交換器と低温熱交換器に流れる空気の流量を調整することで、燃料電池に送られる空気の温度を調整する技術が開示されている。
In the following Patent Document 1, in a hybrid power generation apparatus including a fuel cell and a gas turbine, a start-up method in which the temperature of the fuel cell reaches a predetermined temperature by raising the temperature of the power generation chamber of the fuel cell with hot air from the compressor of the gas turbine. Is disclosed.
Further, in Patent Document 2 below, when the temperature is raised, the flow rate of air flowing through the high-temperature heat exchanger and the low-temperature heat exchanger is adjusted when being sent from the compressor of the gas turbine to the fuel cell via the heat exchanger. Thus, a technique for adjusting the temperature of air sent to the fuel cell is disclosed.

特開2009−187756号公報JP 2009-187756 A 国際公開第2010/089883号International Publication No. 2010/088883

ところで、複合発電システムにおいて、内燃機関から供給される圧縮空気による昇温の後に、燃料電池の発電室内での燃焼を利用する昇温に切り替えて発電室の昇温を行う場合に、内燃機関からの供給空気流量が多く、または、内燃機関からの供給空気温度が発電室内の温度より低いと燃料電池の炉内燃焼場を冷却することから昇温が遅くなる。一方で、発電室内に供給する供給空気温度が発電室内の温度より高すぎると燃料電池の空気の入り口である発電室下部での燃焼が多くなり、局所的に温度が上がり過ぎてしまうという問題がある。このことから、燃料電池の昇温制御において、内燃機関と燃料電池の状態に応じて、昇温制御の切り替えのタイミングを適正化し、熱損失及び時間損失を抑えることが課題であった。   By the way, in the combined power generation system, when the temperature of the power generation chamber is increased by switching to the temperature increase using combustion in the power generation chamber of the fuel cell after the temperature increase by the compressed air supplied from the internal combustion engine, When the supply air flow rate is large or the supply air temperature from the internal combustion engine is lower than the temperature in the power generation chamber, the temperature in the furnace is cooled because the combustion field in the furnace of the fuel cell is cooled. On the other hand, if the supply air temperature supplied to the power generation chamber is too higher than the temperature in the power generation chamber, combustion at the lower portion of the power generation chamber, which is the inlet of the fuel cell air, increases and the temperature rises locally. is there. For this reason, in the temperature rise control of the fuel cell, it is a problem to optimize the switching timing of the temperature rise control in accordance with the state of the internal combustion engine and the fuel cell, and suppress heat loss and time loss.

しかしながら上記特許文献1では、燃料電池の昇温に用いるホットエアの流量を調整すること、燃料電池に燃焼用燃料を供給して昇温することが開示されていない。また、上記特許文献2においても、ガスタービンの排ガスを用いて、圧縮機で加圧した空気を昇温するシステムにおいて、高温側熱交換器と低温側熱交換器を介して燃料電池に空気を供給する際に、ガスタービン燃焼器と燃料電池に供給される空気流量を制御することで昇温を適正化することが記載されているが、炉内燃焼を利用した昇温制御タイミングについては開示されていない。   However, Patent Document 1 does not disclose adjusting the flow rate of hot air used to raise the temperature of the fuel cell, and supplying the fuel for combustion to the fuel cell to raise the temperature. Also in Patent Document 2, in a system for raising the temperature of air pressurized by a compressor using exhaust gas from a gas turbine, air is supplied to the fuel cell via a high temperature side heat exchanger and a low temperature side heat exchanger. Although it is described that the temperature rise is optimized by controlling the flow rate of air supplied to the gas turbine combustor and the fuel cell at the time of supply, the temperature rise control timing using combustion in the furnace is disclosed. It has not been.

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、燃料電池の発電室の昇温制御における熱損失、時間損失を抑制できる複合発電システムの制御装置及びそれを備えた複合発電システム並びに複合発電システムの制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and is a control device for a combined power generation system capable of suppressing heat loss and time loss in temperature rise control of a power generation chamber of a fuel cell, a combined power generation system including the same, and a combined power generation system including the same An object is to provide a method for controlling a power generation system.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、燃料電池と内燃機関とを組み合わせて発電する複合発電システムの制御装置であって、前記内燃機関は、前記燃料電池から排出された燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から供給される燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記空気が加熱される熱交換手段と、前記熱交換手段において加熱された前記空気を前記燃料電池に流通させる経路上から前記燃焼器に前記空気をバイパスさせる第1バイパス経路と、前記第1バイパス経路に流通させる前記空気の流量を調整する制御弁とを具備し、前記燃料電池の発電室の温度が、炉内燃焼可能な第1所定温度以上となった場合に、前記燃料電池に燃料を供給して炉内燃焼させつつ、前記発電室の温度に応じて、前記制御弁の弁開度を調整し、かつ、前記内燃機関の出力を調整する複合発電システムの制御装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is a control device for a combined power generation system that generates power by combining a fuel cell and an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine burns fuel discharged from the fuel cell, and is supplied from the combustor. A gas turbine driven by the generated combustion gas, a compressor for compressing air, heat exchange means for heating the air compressed by the compressor, and the fuel heated by the heat exchange means for the fuel A power generation chamber of the fuel cell, comprising: a first bypass path that bypasses the air to the combustor from a path that circulates the battery; and a control valve that adjusts a flow rate of the air that is circulated to the first bypass path. temperature, when it becomes within combustible first predetermined temperature or a furnace while supplying the fuel to the furnace combustion to the fuel cell, in accordance with the temperature of the power generation chamber, the control valve And adjusting the opening and to provide a control apparatus of the combined cycle power generation system which adjusts the output of the internal combustion engine.

本発明によれば、ガスタービンの圧縮機で圧縮された空気は、熱交換手段によって加熱されて熱交換手段の出口から排出され、燃料電池に供給させる空気と、燃料電池に供給する経路上から燃焼器にバイパスさせる第1バイパス経路を流通する空気とに分けられるので、制御弁が開方向に調整された場合には、燃料電池に供給される空気流量が調整前より少なくされる。また、内燃機関の出力が低下させる方向に制御された場合には、燃料電池に供給する空気の温度が、内燃機関の出力を低下させない場合より低くされる。これらのことから、燃料電池の発電室の温度が、炉内燃焼可能な第1所定温度以上となった場合に、燃料電池に燃料が供給されて炉内燃焼がされつつ、発電室の温度見合いで燃料電池に供給される空気の温度が低く調整されるので、第2昇温制御において、燃料電池の炉内燃焼場の冷却、または、発電室の局所的な温度上昇を防止することができる。 According to the present invention, the air compressed by the compressor of the gas turbine is heated by the heat exchanging means, discharged from the outlet of the heat exchanging means, and supplied to the fuel cell, and from above the supply path to the fuel cell. Since it is divided into the air flowing through the first bypass path to be bypassed by the combustor, when the control valve is adjusted in the opening direction, the flow rate of air supplied to the fuel cell is made smaller than before the adjustment. Further, when the output of the internal combustion engine is controlled to decrease, the temperature of the air supplied to the fuel cell is made lower than when the output of the internal combustion engine is not decreased. Therefore, when the temperature of the power generation chamber of the fuel cell becomes equal to or higher than the first predetermined temperature at which combustion in the furnace is possible , fuel is supplied to the fuel cell and combustion in the furnace is performed. Since the temperature of the air supplied to the fuel cell is adjusted to be low, cooling of the in-furnace combustion field of the fuel cell or local temperature rise of the power generation chamber can be prevented in the second temperature rise control. .

燃料電池と内燃機関とによる複合発電システムにおいて、燃料電池の起動時には、第1昇温制御と、第2昇温制御の2段階の昇温制御が行われるが、本発明によれば、第2昇温制御において、燃料電池の発電室の温度に応じて燃料電池に供給する空気の流量が調整されるので、供給空気流量が多いことにより炉内燃焼の燃焼場を冷却して昇温を妨げることを防ぎ、また、燃料電池の発電室の温度に応じて燃料電池に供給する空気の温度が調整されるので、第2昇温制御において供給空気の温度が高いことにより発電室に空気を供給する部分(空気の入口近傍)での燃焼が多くなり局所的に温度が上がり過ぎることを防ぐことができる。また、これにより、第1昇温制御によって昇温された発電室が、降温されることを抑制できるので、発電室昇温時の第1昇温制御から第2昇温制御の切り替えを効率的に行え、熱損失及び時間損失を最小限に抑えることができ、それに応じて燃料電池の起動に係る時間を短縮することができる。   In a combined power generation system including a fuel cell and an internal combustion engine, when the fuel cell is started, a two-step temperature increase control of a first temperature increase control and a second temperature increase control is performed. In the temperature rise control, the flow rate of air supplied to the fuel cell is adjusted in accordance with the temperature of the power generation chamber of the fuel cell. Since the temperature of the air supplied to the fuel cell is adjusted according to the temperature of the power generation chamber of the fuel cell, air is supplied to the power generation chamber due to the high temperature of the supply air in the second temperature rise control. It is possible to prevent the temperature from excessively increasing due to increased combustion in the portion (near the air inlet). In addition, since the power generation chamber heated by the first temperature increase control can be prevented from being lowered, it is possible to efficiently switch from the first temperature increase control to the second temperature increase control when the power generation chamber is heated. The heat loss and time loss can be minimized, and the time required for starting the fuel cell can be shortened accordingly.

上記複合発電システムの制御装置において、前記燃料電池に供給される前記燃料の供給量は、前記発電室の所定の昇温レートに従うように調整されることが好ましい。
これにより、発電室における温度分布を最適化することができる。
In the control device of the combined power generation system, it is preferable that the supply amount of the fuel supplied to the fuel cell is adjusted so as to follow a predetermined temperature increase rate of the power generation chamber.
Thereby, the temperature distribution in the power generation chamber can be optimized.

上記複合発電システムの制御装置において、前記燃料電池の発電室の温度が第1所定温度以上となり、前記発電室内の温度分布が許容値を超えた場合に、前記燃料電池に供給する前記燃料の供給量を低減する、或いは、前記燃料の供給を停止することが好ましい。   In the control device of the combined power generation system, the supply of the fuel to be supplied to the fuel cell when the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is equal to or higher than a first predetermined temperature and the temperature distribution in the power generation chamber exceeds an allowable value. It is preferable to reduce the amount or to stop the supply of the fuel.

燃料電池に供給する燃料の供給量を低減、或いは燃料の供給を停止することにより、発電室内の温度分布が許容値以上に大きくなることを抑制できる。なお、発電室内の温度分布とは、例えば、発電室を上下方向に3つの領域に分けた場合の上部、中央部、下部のそれぞれの領域で検出される温度の分布状態を示す。   By reducing the amount of fuel supplied to the fuel cell or stopping the fuel supply, it is possible to suppress the temperature distribution in the power generation chamber from becoming larger than the allowable value. The temperature distribution in the power generation chamber indicates, for example, a distribution state of temperatures detected in the upper, central, and lower regions when the power generation chamber is divided into three regions in the vertical direction.

上記複合発電システムの制御装置は、前記圧縮機で圧縮された前記空気を前記熱交換手段を介さず前記熱交換手段の出口にバイパスさせて排出させる第2バイパス経路と、前記第2バイパス経路に流通させる前記空気の流量を調整するバイパス弁とを具備することとしてもよい。   The control device of the combined power generation system includes: a second bypass path that bypasses the air compressed by the compressor to an outlet of the heat exchange means without passing through the heat exchange means; and a second bypass path that discharges the air. It is good also as providing the bypass valve which adjusts the flow volume of the said air to distribute | circulate.

圧縮機で圧縮された空気は、熱交換手段において加熱される空気と、第2バイパス経路を流通して熱交換手段を介さず熱交換手段の出口にバイパスさせて排出される空気(即ち熱交換手段で加熱されない空気)とに分けられるので、バイパス弁を調整することによって、燃料電池に供給される空気の温度が調整できる。   The air compressed by the compressor is air heated in the heat exchange means and air discharged through the second bypass path and bypassed to the outlet of the heat exchange means without passing through the heat exchange means (that is, heat exchange). Therefore, the temperature of the air supplied to the fuel cell can be adjusted by adjusting the bypass valve.

上記複合発電システムの制御装置は、前記燃料電池の発電室の温度が前記第1所定温度より小さい場合には、前記発電室を構成するメタル部材の温度差が、前記発電室内の温度分布の許容温度差以下となるように、前記内燃機関から前記燃料電池に供給する前記空気の流量及び温度を制御することが好ましい。   When the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is lower than the first predetermined temperature, the control device for the combined power generation system is configured such that the temperature difference between the metal members constituting the power generation chamber is an allowable temperature distribution in the power generation chamber. It is preferable to control the flow rate and temperature of the air supplied from the internal combustion engine to the fuel cell so as to be equal to or less than the temperature difference.

発電室を構成するメタル部材の温度差が、発電室内の温度分布の許容温度差以下となるように制御されることにより、発電室を構成する部材の応力変形が防止できる。   By controlling the temperature difference of the metal member constituting the power generation chamber to be equal to or less than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber, the stress deformation of the member constituting the power generation chamber can be prevented.

上記複合発電システムの制御装置は、前記発電室を構成する前記メタル部材の温度差が、前記発電室内の温度分布の前記許容温度差より大きくなった場合には、前記制御弁の弁開度の制御、及び前記内燃機関の出力の制御のうち少なくともいずれか一方の制御を一時停止し、前記発電室を構成する前記メタル部材の温度差が、前記発電室内の温度分布の許容温度差以下となった場合に、前記制御弁の弁開度の制御、及び前記内燃機関の出力の制御を再開することが好ましい。   When the temperature difference between the metal members constituting the power generation chamber is larger than the allowable temperature difference in the temperature distribution in the power generation chamber, the control device of the combined power generation system is configured to control the valve opening degree of the control valve. At least one of the control and the control of the output of the internal combustion engine is temporarily stopped, and the temperature difference of the metal member constituting the power generation chamber becomes equal to or less than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber. In this case, it is preferable to resume the control of the valve opening of the control valve and the control of the output of the internal combustion engine.

発電室内の温度分布が、許容温度差より大きくなった場合には供給空気の流量或いは温度の変化をさせないようにすることで、発電室の温度分布の広がりを抑制することができる。   When the temperature distribution in the power generation chamber becomes larger than the allowable temperature difference, the spread of the temperature distribution in the power generation chamber can be suppressed by preventing the flow rate or temperature of the supply air from changing.

上記複合発電システムの制御装置は、前記発電室の温度が前記第1所定温度となるまで、前記発電室の所定の昇温レートに従うように、前記燃料電池に供給する前記空気の流量を増加させることとしてもよい。
これにより、発電室における温度分布を最適化することができる。
The control device of the combined power generation system increases the flow rate of the air supplied to the fuel cell so as to follow a predetermined temperature increase rate of the power generation chamber until the temperature of the power generation chamber reaches the first predetermined temperature. It is good as well.
Thereby, the temperature distribution in the power generation chamber can be optimized.

上記複合発電システムの制御装置の前記発電室は、上下方向に複数の領域に分けられ、上から順に上部、中央部、下部と区分けされ、前記下部から前記空気が供給される場合に、前記下部の領域の温度が、前記上部及び前記中央部の温度に対して低くなるように、前記燃料電池に供給する前記燃料の供給量、前記空気の供給量、及び前記空気の温度のうち、少なくとも一つを調整することとしてもよい。   The power generation chamber of the control device of the combined power generation system is divided into a plurality of regions in the vertical direction, and is divided into an upper part, a central part, and a lower part in order from the top, and when the air is supplied from the lower part, the lower part At least one of the supply amount of the fuel, the supply amount of the air, and the temperature of the air supplied to the fuel cell so that the temperature of the region is lower than the temperature of the upper portion and the central portion. It is good also as adjusting one.

発電室の下部から空気が供給される場合に、下部の領域の温度が高いと下部において多く燃焼が進み、中央部や上部で燃焼が進まないことになるが、下部の領域の温度が低くなるように燃料供給量或いは空気供給量を少なくすることにより、下部で先に燃焼されることを防ぐことができる。   When air is supplied from the lower part of the power generation chamber, if the temperature in the lower region is high, a lot of combustion proceeds in the lower part, and combustion does not progress in the center or upper part, but the temperature in the lower region becomes low Thus, by reducing the fuel supply amount or the air supply amount, it is possible to prevent the lower portion from being burned first.

本発明は、燃料電池と、上記いずれかの制御装置と、前記内燃機関とを具備する複合発電システムを提供する。   The present invention provides a combined power generation system including a fuel cell, any one of the above control devices, and the internal combustion engine.

本発明は、燃料電池と、前記燃料電池から排出された燃料を燃焼させる燃焼器、前記燃焼器から供給される燃焼ガスによって駆動するガスタービン、空気を圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機で圧縮された前記空気が加熱される熱交換手段を具備する内燃機関とを組み合わせて発電する複合発電システムの制御方法であって、前記燃料電池の発電室の温度が、炉内燃焼可能な第1所定温度以上となった場合に、前記燃料電池に燃料を供給して炉内燃焼させつつ、前記発電室の温度に応じて、前記熱交換手段において加熱された前記空気を前記燃料電池に流通させる経路上から前記燃焼器に前記空気をバイパスさせる第1バイパス経路に流通させる前記空気の流量を調整する制御弁を調整し、かつ、前記内燃機関の出力を調整する複合発電システムの制御方法を提供する。 The present invention relates to a fuel cell, a combustor that combusts fuel discharged from the fuel cell, a gas turbine that is driven by combustion gas supplied from the combustor, a compressor that compresses air, and compression by the compressor A method of controlling a combined power generation system that generates power in combination with an internal combustion engine having a heat exchange means for heating the heated air, wherein the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is a first predetermined value capable of combustion in a furnace A path for supplying the fuel to the fuel cell and causing the air heated in the heat exchange means to flow to the fuel cell in accordance with the temperature of the power generation chamber while supplying fuel to the fuel cell and causing combustion in the furnace A combined power generation system that adjusts a control valve that adjusts the flow rate of the air that flows through a first bypass path that bypasses the air from above to the combustor, and that adjusts the output of the internal combustion engine To provide a control method.

本発明によれば、燃料電池の昇温制御における熱損失、時間損失を抑制できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that heat loss and time loss in temperature increase control of a fuel cell can be suppressed.

本発明に係る複合発電システムの全体構成を示した図である。It is the figure which showed the whole structure of the combined power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池に設けられる発電室の概略図である。It is the schematic of the electric power generation chamber provided in the fuel cell which concerns on this invention. (a)発電室の昇温制御を説明するための図である。(b)(a)に基づく制御が行われた場合の発電室温度の変化の一例を示した図である。(A) It is a figure for demonstrating the temperature rising control of a power generation chamber. (B) It is the figure which showed an example of the change of the power generation chamber temperature at the time of control based on (a). 本発明に係る複合発電システムの動作フローである。It is an operation | movement flow of the combined power generation system which concerns on this invention.

以下に、本発明に係る複合発電システムの制御装置及びそれを備えた複合発電システム並びに複合発電システムの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a control device for a combined power generation system, a combined power generation system including the same, and a control method for the combined power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示される複合発電システム(燃料電池及び内燃機関による複合発電システム)1は、高温型の燃料電池であるSOFC20と、内燃機関であるガスタービンやガスエンジンの一例としてマイクロガスタービン(以下、「MGT」と呼ぶ)10と制御装置30とを備えており、SOFC20とMGT10とを組み合わせることにより、効率のよい発電を行うものである。   A combined power generation system (combined power generation system using a fuel cell and an internal combustion engine) 1 shown in FIG. 1 includes a SOFC 20 that is a high-temperature fuel cell, a gas turbine that is an internal combustion engine, and a micro gas turbine (hereinafter referred to as a gas engine). (Referred to as “MGT”) 10 and a control device 30, and by combining the SOFC 20 and the MGT 10, efficient power generation is performed.

すなわち、都市ガス(天然ガス)等を改質した燃料ガス及び空気等の酸化性ガスの供給を受けて電解質を介した電気化学反応により発電するSOFC20に加えて、SOFC20から発電後に排出される高温の排燃料や排出空気を燃焼器に導入して燃焼ガスによってMGT10を運転し、MGT10の出力軸に連結された不図示の発電機を駆動して発電を行うものである。
さらに、MGT10から排出される高温の燃焼排ガスを排熱回収ボイラに導入すれば、発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動することによる発電も組み合わせた複合発電システムの構築も可能である。
That is, in addition to the SOFC 20 that receives a supply of an oxidizing gas such as air and a fuel gas obtained by reforming city gas (natural gas) and the like, the high temperature discharged from the SOFC 20 after power generation The exhausted fuel and exhausted air are introduced into the combustor, the MGT 10 is operated with the combustion gas, and a generator (not shown) connected to the output shaft of the MGT 10 is driven to generate power.
Furthermore, if high-temperature combustion exhaust gas discharged from the MGT 10 is introduced into the exhaust heat recovery boiler, it is possible to construct a combined power generation system that combines power generation by driving a steam turbine with generated steam.

以下では、上述したSOFC20を採用した複合発電システム1について説明する。このSOFC20は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスを用い、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転(発電)するものであり、イオン伝導率を高めるため、作動温度が約700〜1000℃程度と高く設定されている。   Below, the combined power generation system 1 which employ | adopted SOFC20 mentioned above is demonstrated. This SOFC 20 uses ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte and operates (power generation) using city gas, natural gas, petroleum, methanol, coal gasification gas, etc. as fuel, and has an operating temperature to increase ionic conductivity. Is set as high as about 700-1000 degreeC.

MGT10は、SOFC20から排出された燃料を燃焼させる燃焼器14と、空気を圧縮する圧縮機15と、燃焼器14から供給される燃焼ガスによって駆動するガスタービン16と、第1バイパス経路17上に設けられる制御弁11と、第2バイパス経路上18に設けられるバイパス弁13と、ガスタービン16からの排燃焼ガスと圧縮空気とを熱交換させるエアヒータ(熱交換手段)12とを備えている。また、第1バイパス経路17は、圧縮機15からSOFC20に供給される空気を酸化性ガス供給ライン42から燃焼器14にバイパスさせる。第2バイパス経路18は、圧縮機15から排出される空気がエアヒータ12を介さず迂回させる経路である。なお、本実施形態では、第1バイパス経路17をMGT10のパッケージ内に設置するようにしているが、これに限定されず、MGT10のパッケージの外側に設けられても良い。   The MGT 10 includes a combustor 14 that combusts fuel discharged from the SOFC 20, a compressor 15 that compresses air, a gas turbine 16 that is driven by combustion gas supplied from the combustor 14, and a first bypass path 17. A control valve 11 provided, a bypass valve 13 provided on the second bypass path 18, and an air heater (heat exchange means) 12 for exchanging heat between the exhaust combustion gas from the gas turbine 16 and the compressed air are provided. Further, the first bypass path 17 bypasses the air supplied from the compressor 15 to the SOFC 20 to the combustor 14 from the oxidizing gas supply line 42. The second bypass path 18 is a path that causes the air discharged from the compressor 15 to bypass without passing through the air heater 12. In the present embodiment, the first bypass path 17 is installed in the package of the MGT 10. However, the present invention is not limited to this and may be provided outside the package of the MGT 10.

制御弁11は、第1バイパス経路17に設けられ、第1バイパス経路17に流通させる空気の流量を調整する。具体的には、制御弁11は、制御装置30から取得する指令に基づいて制御され、弁開度が開方向に制御されると第1バイパス経路17を流通する空気流量が増やされ、弁開度が閉方向に制御されると第1バイパス経路17を流通する空気流量が減らされる。   The control valve 11 is provided in the first bypass path 17 and adjusts the flow rate of air flowing through the first bypass path 17. Specifically, the control valve 11 is controlled based on a command acquired from the control device 30, and when the valve opening degree is controlled in the opening direction, the flow rate of air flowing through the first bypass path 17 is increased, and the valve opening is performed. When the degree is controlled in the closing direction, the flow rate of air flowing through the first bypass path 17 is reduced.

バイパス弁13は、第2バイパス経路18に設けられ、第2バイパス経路18に流通させる空気の流量を調整する。具体的には、バイパス弁13は、制御装置30から取得する指令に基づいて制御され、弁開度が開方向に制御されると第2バイパス経路18を流通する空気流量が増やされ、弁開度が閉方向に制御されると第2バイパス経路18を流通する空気流量が減らされる。   The bypass valve 13 is provided in the second bypass path 18 and adjusts the flow rate of the air flowing through the second bypass path 18. Specifically, the bypass valve 13 is controlled based on a command acquired from the control device 30. When the valve opening degree is controlled in the opening direction, the flow rate of air flowing through the second bypass path 18 is increased, and the valve opening is performed. When the degree is controlled in the closing direction, the flow rate of air flowing through the second bypass path 18 is reduced.

ガスタービン16は、燃焼器14からの燃焼排ガスのエネルギーにより回転して軸出力を発生し、この軸出力を利用して圧縮機15及び図示しない発電機が駆動される。ガスタービン16で仕事をした燃焼排ガスは、エアヒータ12で圧縮空気と熱交換させた後、大気へと放出される。
圧縮機15は、導入した空気(大気)を圧縮するもので、この場合の駆動源はガスタービン16となる。圧縮機15で圧縮された圧縮空気は、燃焼用空気として燃焼器14や、酸化性ガスとしてエアヒータ12、酸化性ガス供給ライン42を介してSOFC等へ供給される。
The gas turbine 16 is rotated by the energy of the combustion exhaust gas from the combustor 14 to generate a shaft output, and the compressor 15 and a generator (not shown) are driven using this shaft output. The combustion exhaust gas that has worked in the gas turbine 16 is subjected to heat exchange with compressed air by the air heater 12 and then released to the atmosphere.
The compressor 15 compresses the introduced air (atmosphere), and the drive source in this case is a gas turbine 16. The compressed air compressed by the compressor 15 is supplied to the SOFC or the like via the combustor 14 as combustion air, the air heater 12 as the oxidizing gas, and the oxidizing gas supply line 42.

燃焼器14は、圧縮空気の供給を受けて燃料を燃焼させ、高温高圧の燃焼排ガスを生成してガスタービン16へ供給する。この燃焼器14には、SOFC20からの排燃料ガスを供給する排燃料ガス供給ライン27と、SOFC20を介さずに未使用の都市ガス(燃料ガス)を直接供給する燃料ガス供給ライン40と、SOFC20に供給され発電に利用された排酸化性ガスをMGT10に供給する酸化性ガス排出流路43と、酸化性ガス供給ライン42から分岐し、圧縮空気を供給する第1バイパス経路17とが接続されている。   The combustor 14 is supplied with compressed air, burns fuel, generates high-temperature and high-pressure combustion exhaust gas, and supplies the combustion exhaust gas to the gas turbine 16. The combustor 14 includes an exhaust fuel gas supply line 27 that supplies exhaust fuel gas from the SOFC 20, a fuel gas supply line 40 that directly supplies unused city gas (fuel gas) without going through the SOFC 20, and an SOFC 20 Are connected to the oxidizing gas discharge passage 43 for supplying the exhausted oxidizing gas supplied to the MGT 10 to the MGT 10 and the first bypass passage 17 that branches from the oxidizing gas supply line 42 and supplies compressed air. ing.

複合発電システム1は、SOFC20及びMGT10を組み合わせて発電を行うシステムであり、SOFC20の燃料極へ燃料を供給する燃料供給ライン41及び空気極へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給ライン42を備えている。燃料供給ライン41は、燃料供給弁(図示略)を備えた都市ガス(燃料)供給ライン26を備えている。また、図1には、燃料供給ライン41として、燃料供給ライン26のみを記載しているが、燃料供給ライン41からSOFC20に供給されるのは都市ガスに限られず、図示しないラインから供給される窒素や蒸気(水)等も含まれる。   The combined power generation system 1 is a system that generates power by combining the SOFC 20 and the MGT 10, and includes a fuel supply line 41 that supplies fuel to the fuel electrode of the SOFC 20 and an oxidizing gas supply line 42 that supplies oxidizing gas to the air electrode. ing. The fuel supply line 41 includes a city gas (fuel) supply line 26 having a fuel supply valve (not shown). In FIG. 1, only the fuel supply line 26 is shown as the fuel supply line 41. However, the fuel supply line 41 is not limited to city gas but supplied from a line (not shown). Nitrogen and steam (water) are also included.

複合発電システム1は、その起動時にまずMGTを起動させ、MGTの出力がある一定の負荷で安定してから、圧縮機15から供給される空気(圧縮空気)の一部をSOFC20に供給することで、SOFC20を加圧していく。SOFC20が所定圧力まで加圧されたら、SOFC20とMGT10を連結させ、SOFC20を経由してMGT10の燃焼器14に空気を供給するコンバインド状態に移行する。コンバインド状態において、燃料ガスも同様にSOFC20を経由して燃焼器14に供給するようにしても良い。   When the combined power generation system 1 is started, the MGT is first started, and after the output of the MGT is stabilized at a certain load, a part of the air (compressed air) supplied from the compressor 15 is supplied to the SOFC 20. Then, pressurize the SOFC20. When the SOFC 20 is pressurized to a predetermined pressure, the SOFC 20 and the MGT 10 are connected, and a transition is made to a combined state in which air is supplied to the combustor 14 of the MGT 10 via the SOFC 20. In the combined state, the fuel gas may be supplied to the combustor 14 via the SOFC 20 as well.

コンバインド状態への移行後に、SOFC20を昇温するためにSOFC20に供給される空気流量を増加させ、SOFC20をバイパスして燃焼器14に供給される空気流量を減少させる。そしてある一定時間後に空気の全量がSOFC20を経由して燃焼器14に供給されるように制御する。
SOFC20の発電室50の温度がある第1所定温度に到達したら、発電室50の内部で可燃性ガスの燃焼による発熱を利用した昇温を開始し、発電室50の内部温度を発電開始温度領域である第2所定温度まで昇温する。SOFC20が発電開始温度である第2所定温度に到達したら、発電を開始して、発電による自己発熱を利用した発熱、炉内燃焼による加熱を利用することで、定格発電温度にまで昇温させる。
このように、SOFC20は、空気による昇温、炉内燃焼による昇温、発電による自己発熱による昇温の過程を経て、目的の温度まで到達させて起動が完了する。
After the transition to the combined state, the air flow rate supplied to the SOFC 20 is increased in order to raise the temperature of the SOFC 20, and the air flow rate supplied to the combustor 14 is reduced by bypassing the SOFC 20. Control is performed so that the entire amount of air is supplied to the combustor 14 via the SOFC 20 after a certain time.
When the temperature of the power generation chamber 50 of the SOFC 20 reaches a certain first predetermined temperature, temperature increase using heat generated by combustion of combustible gas is started inside the power generation chamber 50, and the internal temperature of the power generation chamber 50 is set to a power generation start temperature region. The temperature is raised to a second predetermined temperature. When the SOFC 20 reaches the second predetermined temperature, which is the power generation start temperature, power generation is started, and the temperature is raised to the rated power generation temperature by using heat generation using self-heat generation by power generation and heating by furnace combustion.
As described above, the SOFC 20 reaches the target temperature through a process of temperature rise by air, temperature rise by combustion in the furnace, and temperature rise by self-heating by power generation, and the start-up is completed.

図示の酸化性ガス供給ライン42は、MGT10の圧縮機15で圧縮され、エアヒータ12で熱交換した空気をSOFC20の空気極へ供給する流路である。酸化性ガス供給ライン42には炉内燃焼の為に酸化性ガス供給ライン42から燃料を発電室内に供給する炉内燃焼用燃料ガス供給ライン44が設けられている。炉内燃焼用の燃料ガスは炉内燃焼用燃料ガス供給ライン44と酸化性ガス供給ライン42の合流点で空気と合流して、SOFC20の発電室50に供給され、発電室50において昇温の為に燃焼する。
また、酸化性ガス排出流路43は、SOFC20に供給され発電に利用された空気をMGT10に供給する流路である。
The illustrated oxidizing gas supply line 42 is a flow path that supplies air compressed by the compressor 15 of the MGT 10 and heat-exchanged by the air heater 12 to the air electrode of the SOFC 20. The oxidizing gas supply line 42 is provided with an in-furnace combustion fuel gas supply line 44 for supplying fuel from the oxidizing gas supply line 42 into the power generation chamber for combustion in the furnace. The fuel gas for in-furnace combustion merges with air at the junction of the in-furnace combustion fuel gas supply line 44 and the oxidizing gas supply line 42 and is supplied to the power generation chamber 50 of the SOFC 20. Burn for purpose.
The oxidizing gas discharge flow path 43 is a flow path for supplying air supplied to the SOFC 20 and used for power generation to the MGT 10.

制御装置30は、例えば、図示しないCPU(中央演算装置)、RAM(Random Access Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。   The control device 30 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a RAM (Random Access Memory), a computer-readable recording medium, and the like. A series of processing steps for realizing various functions to be described later are recorded in a recording medium or the like in the form of a program, and the CPU reads the program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. Thus, various functions described later are realized.

SOFC20とMGT10による複合発電システム1において、SOFC20の起動時には、発電室を昇温させるために第1昇温制御(MGT10の圧縮機15からの供給空気による昇温)と、第2昇温制御(発電室に酸化性ガス供給ライン42から燃料を供給して発電室で炉内燃焼させることによる昇温)の2段階の昇温制御が行われるが、本実施形態においては、以下のような制御によって熱損失、時間損失を最小限に抑えるように、第1昇温制御から第2昇温制御に効率的に切り替える。   In the combined power generation system 1 using the SOFC 20 and the MGT 10, when the SOFC 20 is activated, a first temperature increase control (temperature increase by air supplied from the compressor 15 of the MGT 10) and a second temperature increase control ( (Temperature rise by supplying fuel from the oxidizing gas supply line 42 to the power generation chamber and burning in the furnace in the power generation chamber) is performed. In this embodiment, the following control is performed. Thus, the first temperature rise control is effectively switched to the second temperature rise control so as to minimize heat loss and time loss.

まず、SOFC20の発電室の温度が第1所定温度より小さい場合における第1昇温制御について説明する。
制御装置30は、SOFC20の発電室の温度が第1所定温度より小さい場合には、メタル部材の応力変形を防止する昇温制御を実施する。例えば、制御装置30は、MGT10から、約300〜500℃の温度範囲に調整した空気を少流量でSOFC20に供給させるように制御する。具体的には、制御装置30は、MGT10を低出力の一定負荷で運転させることで、昇温レートに従って、約450〜500℃の空気を供給し、SOFC20を昇温させる。
First, the first temperature rise control when the temperature of the power generation chamber of the SOFC 20 is lower than the first predetermined temperature will be described.
When the temperature of the power generation chamber of the SOFC 20 is lower than the first predetermined temperature, the control device 30 performs temperature increase control that prevents stress deformation of the metal member. For example, the control device 30 performs control so that air adjusted to a temperature range of about 300 to 500 ° C. is supplied from the MGT 10 to the SOFC 20 with a small flow rate. Specifically, the control device 30 operates the MGT 10 with a constant load having a low output, thereby supplying air at about 450 to 500 ° C. according to the temperature increase rate, thereby increasing the temperature of the SOFC 20.

なお、SOFC20に供給する空気を約300〜500℃の温度範囲に調整するには、MGT10の出力を調整するだけでなく、エアヒータ12を迂回させるために第2バイパス経路18へ流通させる空気流量を多く(つまり、バイパス弁13の弁開度を開方向に制御)することで調整してもよい。   In order to adjust the air supplied to the SOFC 20 to a temperature range of about 300 to 500 ° C., not only the output of the MGT 10 is adjusted, but also the air flow rate that flows through the second bypass path 18 to bypass the air heater 12 is adjusted. It may be adjusted by increasing the number (that is, controlling the opening degree of the bypass valve 13 in the opening direction).

ここで、発電室内の温度分布とは、図2に示されるような発電室50がある場合に、発電室50は上下方向に複数の領域に分けられ(本実施形態においては、3つの領域)、上から順に上部T1、中央部T2、下部T3とする場合の、上部T1、中央部T2、下部T3のそれぞれで検出される温度の分布状態を示す。
制御部30は、図2に示されるような発電室50において、下部から空気が供給される場合に、下部T3の領域の温度が、上部T1及び中央部T2の温度に対して低くなるように、SOFC20に供給する空気の供給量または温度のうち、少なくともどちらか一方を制御することで温度分布を少なくすることが好ましい。
Here, the temperature distribution in the power generation chamber means that when there is a power generation chamber 50 as shown in FIG. 2, the power generation chamber 50 is divided into a plurality of regions in the vertical direction (in this embodiment, three regions). The distribution states of temperatures detected at the upper part T1, the central part T2, and the lower part T3 in the case of the upper part T1, the central part T2, and the lower part T3 in order from the top are shown.
When the air is supplied from the lower part in the power generation chamber 50 as shown in FIG. 2, the control unit 30 causes the temperature of the region of the lower part T3 to be lower than the temperature of the upper part T1 and the central part T2. It is preferable to reduce the temperature distribution by controlling at least one of the supply amount and the temperature of the air supplied to the SOFC 20.

制御装置30は、発電室50を構成するメタル部材の温度差が、発電室50内の温度分布の許容温度差より大きくならないように、すなわち、「メタル部材の温度差≦発電室の温度分布の温度差」で示される管理範囲に収まるように、制御弁13の弁開度を制御し、第2バイパス経路18を経由してエアヒータ12を迂回する空気を増量する。これにより、エアヒータ12を経由する空気の流量が減少することから、酸化性ガス供給ライン42からSOFC20に供給される空気温度が低くなる。例えば、MGT10を一定負荷で運転し、400〜500℃の空気をSOFC20に供給する場合、発電室50の温度分布の温度差が管理範囲を超えることを制御装置30が検出すると、制御装置30は制御弁13の開度を制御して、酸化性ガス供給ライン42における空気温度を検出前の空気温度より低くして、発電室50の昇温が進まずに発電室50の温度が保持されるように制御する。   The control device 30 prevents the temperature difference between the metal members constituting the power generation chamber 50 from becoming larger than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber 50, that is, “the temperature difference of the metal member ≦ the temperature distribution of the power generation chamber. The valve opening degree of the control valve 13 is controlled so as to be within the management range indicated by “temperature difference”, and the amount of air that bypasses the air heater 12 via the second bypass path 18 is increased. Thereby, since the flow rate of the air passing through the air heater 12 is reduced, the temperature of the air supplied from the oxidizing gas supply line 42 to the SOFC 20 is lowered. For example, when the MGT 10 is operated at a constant load and air of 400 to 500 ° C. is supplied to the SOFC 20, when the control device 30 detects that the temperature difference of the temperature distribution of the power generation chamber 50 exceeds the management range, the control device 30 The opening degree of the control valve 13 is controlled so that the air temperature in the oxidizing gas supply line 42 is lower than the air temperature before detection, and the temperature of the power generation chamber 50 is maintained without increasing the temperature of the power generation chamber 50. To control.

また、制御装置30は、酸化性ガス供給ライン42から供給される空気温度を低下させることで、発電室50内の温度分布が小さくなるように制御する。
すなわち、温度分布が大きくなり管理範囲を超えることを検出すると、SOFC20の昇温制御を停止して、温度分布を小さくする制御として、供給空気の温度を低下させる制御を実行する。
発電室50の温度分布が許容温度差以下となった場合には、制御弁13の弁開度を制御し、エアヒータ12を経由する空気流量を増加させて、より高い温度の空気供給を再開して、昇温を継続するように制御する。
Further, the control device 30 controls the temperature distribution in the power generation chamber 50 to be reduced by reducing the temperature of the air supplied from the oxidizing gas supply line 42.
That is, when it is detected that the temperature distribution becomes larger and exceeds the management range, the control for lowering the temperature of the supply air is executed as control for stopping the temperature increase control of the SOFC 20 and reducing the temperature distribution.
When the temperature distribution of the power generation chamber 50 becomes less than the allowable temperature difference, the valve opening degree of the control valve 13 is controlled, the air flow rate through the air heater 12 is increased, and the air supply at a higher temperature is resumed. The temperature is controlled to continue.

制御装置30は、MGT10から比較的低い温度の圧縮空気を所定期間少流量でSOFC20に供給させた後、発電室50の温度が第1所定温度となるまで、発電室50の所定の昇温レートに従うように、MGT10から供給する圧縮空気の流量を増加させ、流量を調整する。   The control device 30 supplies a predetermined temperature increase rate of the power generation chamber 50 until the temperature of the power generation chamber 50 reaches the first predetermined temperature after supplying compressed air having a relatively low temperature from the MGT 10 to the SOFC 20 at a small flow rate for a predetermined period. The flow rate of the compressed air supplied from the MGT 10 is increased and the flow rate is adjusted so as to comply with the above.

制御装置30は、こうして設定された空気流量及び空気温度を維持してSOFC20に空気を供給して、発電室50の温度が第1所定温度以上と検出した場合に、第1昇温制御から第2昇温制御への切り替えを実施する。   The control device 30 supplies the air to the SOFC 20 while maintaining the air flow rate and the air temperature set in this way, and when the temperature of the power generation chamber 50 is detected to be equal to or higher than the first predetermined temperature, the control device 30 starts from the first temperature increase control. 2 Switch to temperature rise control.

次に、SOFC20の発電室の温度が第1所定温度より高い場合における第2昇温制御
について説明する。
発電室50の温度が第1所定温度よりも大きくなった場合、炉内燃焼による昇温制御を開始する。この場合に、下部T3の領域の温度が高いと、下部T3において炉内燃焼用燃料ガスの燃焼が進むことになるので、下部T3の領域で燃焼が進まないように炉内燃焼用燃料ガス供給量を昇温レートに合わせるように調整し、空気供給量を少なくする制御と、空気温度を低くする制御を併用することで、下部T3の領域における燃焼量を低下させることができる。よって、発電室50に空気を供給する部分近傍である下部T3の領域での燃焼が多くなり、局所的に発電室50の温度が上がり過ぎることを防ぐことができる。
Next, the second temperature rise control when the temperature of the power generation chamber of the SOFC 20 is higher than the first predetermined temperature will be described.
When the temperature of the power generation chamber 50 becomes higher than the first predetermined temperature, temperature increase control by in-furnace combustion is started. In this case, if the temperature in the lower T3 region is high, combustion of the in-furnace combustion fuel gas proceeds in the lower T3. Therefore, in-furnace combustion fuel gas supply is performed so that combustion does not proceed in the lower T3 region. The amount of combustion in the region of the lower T3 can be reduced by adjusting the amount so as to match the temperature increase rate and using the control for reducing the air supply amount and the control for lowering the air temperature in combination. Therefore, combustion in the region of the lower portion T3 that is in the vicinity of the portion that supplies air to the power generation chamber 50 increases, and it is possible to prevent the temperature of the power generation chamber 50 from excessively rising.

つまり、発電室50の温度は昇温レートに従って昇温させ、昇温レートから温度が高い方(加熱しすぎ側)に外れる場合には、制御弁11の弁開度を開方向に制御してSOFC20に供給する空気流量を減少させ、かつ、MGT10の出力を低減する方向に制御して空気温度を調整し、燃焼状態及び発電室50の温度分布を最適化するのが好ましい。
なお、SOFC20に供給する炉内燃焼用燃料ガスも昇温レートに合致させるようにその供給量を制御することが好ましい。また、発電室50の温度分布が所定値より大きくなった場合には、炉内燃焼用燃料の供給量を絞るか、或いは、停止することが好ましい。
That is, the temperature of the power generation chamber 50 is increased according to the temperature increase rate, and when the temperature deviates from the temperature increase rate to the higher temperature side (overheating side), the valve opening degree of the control valve 11 is controlled in the opening direction. It is preferable to adjust the air temperature by reducing the flow rate of air supplied to the SOFC 20 and reducing the output of the MGT 10 to optimize the combustion state and the temperature distribution of the power generation chamber 50.
Note that the supply amount of the in-furnace combustion fuel gas supplied to the SOFC 20 is preferably controlled so as to match the temperature increase rate. Moreover, when the temperature distribution of the power generation chamber 50 becomes larger than a predetermined value, it is preferable to reduce the supply amount of the combustion fuel in the furnace or to stop it.

制御装置30は、SOFC20の発電室50の温度が第1所定温度以上となり、発電室50内の温度分布が許容値を超えた場合に、SOFC20に供給する炉内燃焼用燃料ガスの供給量を低減する、或いは、SOFC20への炉内燃焼用燃料ガスの供給を停止して、温度分布の広がりを抑えるようにしても良い。   When the temperature of the power generation chamber 50 of the SOFC 20 becomes equal to or higher than the first predetermined temperature and the temperature distribution in the power generation chamber 50 exceeds the allowable value, the control device 30 determines the supply amount of the in-furnace combustion fuel gas supplied to the SOFC 20 Alternatively, the supply of the in-furnace combustion fuel gas to the SOFC 20 may be stopped to suppress the spread of the temperature distribution.

さらに、第2昇温制御では、発電開始直前となる発電室50の温度が約800℃の第2所定温度に到達した時点において、発電室50の中央部T2と下部T3との温度差が、50℃〜100℃(つまり、下部T3の温度は、中央部T2より50℃〜100℃低い状態)の管理範囲となるように制御されていることが好ましい。   Furthermore, in the second temperature rise control, when the temperature of the power generation chamber 50 immediately before the start of power generation reaches a second predetermined temperature of about 800 ° C., the temperature difference between the central portion T2 and the lower portion T3 of the power generation chamber 50 is It is preferable that the temperature is controlled to be within a management range of 50 ° C. to 100 ° C. (that is, the temperature of the lower portion T3 is lower by 50 ° C. to 100 ° C. than the central portion T2).

制御装置30は、発電室50を構成するメタル部材の温度差が、発電室50内の温度分布の許容温度差より大きくなった場合には、炉内燃焼の燃焼量を低くするように調整するため、制御弁45の弁開度を制御し、発電室50を構成するメタル部材の温度差が、発電室50内の温度分布の許容温度差以下となった場合に、制御弁45の弁開度の制御を再開する。   When the temperature difference between the metal members constituting the power generation chamber 50 becomes larger than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber 50, the control device 30 adjusts the combustion amount of the furnace combustion to be low. Therefore, when the valve opening degree of the control valve 45 is controlled and the temperature difference between the metal members constituting the power generation chamber 50 becomes equal to or less than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber 50, the valve opening of the control valve 45 is stopped. Resume control.

制御装置30は、SOFC20とMGT10のコンバインド運転を完了させてから、発電室温度に対して比較的低い温度の圧縮空気をSOFC20に供給しているので、発電室50の温度分布の許容温度差を管理範囲内に維持しながら、発電室50の昇温が所定の昇温レートに従うように、MGT10から供給する圧縮空気の流量と温度を調整することもできる。   Since the controller 30 completes the combined operation of the SOFC 20 and the MGT 10 and supplies the SOFC 20 with compressed air having a relatively low temperature relative to the power generation chamber temperature, the control device 30 sets the allowable temperature difference in the temperature distribution of the power generation chamber 50. While maintaining within the management range, the flow rate and temperature of the compressed air supplied from the MGT 10 can also be adjusted so that the temperature increase of the power generation chamber 50 follows a predetermined temperature increase rate.

制御装置30は、炉内燃焼用燃料ガスの供給量による制御と圧縮空気の流量と温度を調整することによる制御を単独あるいは併用することで発電室50の温度分布を調整することもできる。   The control device 30 can also adjust the temperature distribution of the power generation chamber 50 by using the control based on the supply amount of the in-furnace combustion fuel gas and the control based on the flow rate and temperature of the compressed air alone or in combination.

以下に本実施形態に係る複合発電システム1の制御装置30の作用を図1から図4を用いて説明する。なお、図3(a)(b)はそれぞれ横軸に経過時間を示しているが、図3(a)と図3(b)の同じ時刻番号(t0〜t6)は、同時刻を示している。また、図3(a)のxラインはMGT10からSOFC20に供給する空気流量を示しており、yラインは、MGT10の出力を示しており、zラインは、SOFC20の炉内燃焼用にSOFC20へ投入される燃料流量を示している。また、図3(b)のグラフに記載されたT1,T2,T3は、それぞれ発電室50の上部T1、中央部T2、下部T3のそれぞれの領域における発電室温度(℃)を示している。   Hereinafter, the operation of the control device 30 of the combined power generation system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. 3 (a) and 3 (b) show the elapsed time on the horizontal axis, respectively, but the same time numbers (t0 to t6) in FIGS. 3 (a) and 3 (b) indicate the same time. Yes. Also, the x line in FIG. 3A indicates the air flow rate supplied from the MGT 10 to the SOFC 20, the y line indicates the output of the MGT 10, and the z line is input to the SOFC 20 for combustion in the furnace of the SOFC 20. The flow rate of fuel is shown. Further, T1, T2, and T3 described in the graph of FIG. 3B indicate power generation chamber temperatures (° C.) in the respective regions of the upper T1, the center T2, and the lower T3 of the power generation chamber 50, respectively.

複合発電システム1のSOFC20とMGT10との連携運転(コンバインド運転)において、燃料である都市ガスはSOFC20に投入され、燃料の化学エネルギーがSOFC20で直接電力に変換される。その後、SOFC20からの排燃料ガスはMGT10の燃焼器14に供給される。一方、圧縮機15に導入された空気は昇圧された後にSOFC20に供給され、酸化剤(酸化性ガス)として一部が使用された後、高温排熱とともに再びMGT10に送られ、空気の持つ顕熱や圧力もエネルギーとして下流のMGT10側で電力に変換されることにより、システム全体では高い発電効率を得ることが可能となる。   In the combined operation (combined operation) between the SOFC 20 and the MGT 10 of the combined power generation system 1, city gas as fuel is input to the SOFC 20, and the chemical energy of the fuel is directly converted into electric power by the SOFC 20. Thereafter, the exhaust fuel gas from the SOFC 20 is supplied to the combustor 14 of the MGT 10. On the other hand, the air introduced into the compressor 15 is pressurized and then supplied to the SOFC 20, and after being partially used as an oxidant (oxidizing gas), it is sent again to the MGT 10 together with the high-temperature exhaust heat, so that the air has Heat and pressure are also converted into electric power on the downstream MGT 10 side as energy, so that high power generation efficiency can be obtained in the entire system.

図3の時刻t0において、制御弁11の弁開度を開方向に制御し、MGT10を低出力で運転開始させ、バイパス弁13の弁開度を開方向に制御する(図4のステップSA1)。そうすると、初期は加圧空気により加圧が実行され、その後にSOFC20の発電室50の温度が緩やかに上昇を始める。このとき、MGT10からSOFC20に供給する空気温度はMGT10の出力が大きい場合より低くなっている。また、バイパス弁13の弁開度が開方向に制御されているので、MGT10のエアヒータ12を介さずに第2バイパス経路18を流通させる圧縮空気の流量が増え、エアヒータ12から吐出させる空気の温度が比較的低くなるように制御されている。また、制御弁11の弁開度を開方向に制御すると、第1バイパス経路17に流通する空気流量が増やされ、SOFC20に供給させる空気流量が比較的少なくなる。   At time t0 in FIG. 3, the valve opening degree of the control valve 11 is controlled in the opening direction, the MGT 10 is started to operate at a low output, and the valve opening degree of the bypass valve 13 is controlled in the opening direction (step SA1 in FIG. 4). . Then, in the initial stage, pressurization is performed with pressurized air, and then the temperature of the power generation chamber 50 of the SOFC 20 starts to rise gently. At this time, the air temperature supplied from the MGT 10 to the SOFC 20 is lower than when the output of the MGT 10 is large. Further, since the opening degree of the bypass valve 13 is controlled in the opening direction, the flow rate of the compressed air flowing through the second bypass path 18 without passing through the air heater 12 of the MGT 10 increases, and the temperature of the air discharged from the air heater 12 Is controlled to be relatively low. Further, when the valve opening degree of the control valve 11 is controlled in the opening direction, the air flow rate flowing through the first bypass path 17 is increased, and the air flow rate supplied to the SOFC 20 is relatively reduced.

所定期間経過後の図3の時刻t1において、発電室50の温度に応じて、制御弁11の弁開度を閉方向に制御し、SOFC20を通過する排酸化性ガスをMGT10に供給する酸化性ガス排出流路43から燃焼器14への排空気の供給を制御して、第1バイパス経路17に流通させる空気流量を減らし、MGT10からSOFC20に供給させる空気流量を増やすことでコンバインド運転に移行する(図4のステップSA2)。MGT10からSOFC20に供給させる空気流量を増やすと、図3(b)に示されるように空気流量の増加に伴って発電室50の温度が上昇する。図3の時刻t2において、SOFC20への供給空気流量を一定にさせた後、バイパス弁13を閉状態にする(図4のステップSA3)。そうすると、エアヒータ12を介して排出される圧縮空気が増えるので、空気温度が上昇する。   At time t1 in FIG. 3 after the lapse of a predetermined period, the valve opening degree of the control valve 11 is controlled in the closing direction according to the temperature of the power generation chamber 50, and the oxidizing gas that supplies the exhaust gas that passes through the SOFC 20 to the MGT 10 Controlling the supply of exhaust air from the gas exhaust passage 43 to the combustor 14, reducing the air flow rate flowing through the first bypass path 17, and increasing the air flow rate supplied from the MGT 10 to the SOFC 20 shifts to the combined operation. (Step SA2 in FIG. 4). When the flow rate of air supplied from the MGT 10 to the SOFC 20 is increased, the temperature of the power generation chamber 50 is increased as the air flow rate is increased as shown in FIG. At time t2 in FIG. 3, the supply air flow rate to the SOFC 20 is made constant, and then the bypass valve 13 is closed (step SA3 in FIG. 4). Then, since the compressed air discharged via the air heater 12 increases, the air temperature rises.

その後時刻t3において、発電室50の温度に応じて、MGT10の出力を増加させる(図4のステップSA4)。そうするとMGT10からSOFC20に供給される空気温度が上昇し、発電室50の温度がさらに上昇する。時刻t4において、MGT10の出力が一定となり、その後第1昇温制御が継続され、発電室50の温度は上昇を続ける。   Thereafter, at time t3, the output of the MGT 10 is increased according to the temperature of the power generation chamber 50 (step SA4 in FIG. 4). Then, the temperature of the air supplied from the MGT 10 to the SOFC 20 increases, and the temperature of the power generation chamber 50 further increases. At time t4, the output of the MGT 10 becomes constant, and then the first temperature rise control is continued, and the temperature of the power generation chamber 50 continues to rise.

発電室50の温度が第1所定温度(例えば、450℃)に到達したか否かが判定されており(図4のステップSA5)、時刻t5において、第1所定温度に到達したことが検出された場合には、第1昇温制御から第2昇温制御への切り替えが開始される。
発電室50の温度が第1所定温度に到達したことを検出すると、SOFC20の炉内燃焼用の燃料を増加させ、炉内燃焼を開始させる(図4のステップSA6)。これとともに、バイパス弁13の弁開度を開方向に調整し、かつ、MGT10の出力を低減するように調整する(図4のステップSA7)。さらに、制御弁11の弁開度を開方向に調整して、MGT10からSOFC20に供給する空気流量を減少させる(図4のステップSA8)。
It is determined whether or not the temperature of the power generation chamber 50 has reached a first predetermined temperature (for example, 450 ° C.) (step SA5 in FIG. 4), and it is detected that the first predetermined temperature has been reached at time t5. If this happens, switching from the first temperature rise control to the second temperature rise control is started.
When it is detected that the temperature of the power generation chamber 50 has reached the first predetermined temperature, the fuel for combustion in the furnace of the SOFC 20 is increased and combustion in the furnace is started (step SA6 in FIG. 4). At the same time, the valve opening of the bypass valve 13 is adjusted in the opening direction, and is adjusted so as to reduce the output of the MGT 10 (step SA7 in FIG. 4). Furthermore, the valve opening degree of the control valve 11 is adjusted in the opening direction, and the flow rate of air supplied from the MGT 10 to the SOFC 20 is decreased (step SA8 in FIG. 4).

SOFC20は炉内燃焼が開始されているので、発電室50の温度上昇は継続されるが、第1昇温制御していたときに供給していたMGT10からの供給空気よりも低い温度の空気が供給されているので発電室50内の空気を供給する部分(空気の入口近傍)である下部T3における温度の上昇は上部T1及び中央部T2と比較して上昇レートが緩やかとなる。MGT10の出力の低減、及び、MGT10からSOFC20に供給する空気流量の低減が継続されることにより、空気が供給される発電室50の下部T3と、上部T1及び中央部T2との温度差は徐々に大きくなる。
時刻t6において、MGT10から供給される空気の温度(MGT10の出口近傍における空気の温度)が所望の値(例えば、420℃以下)であることが検出されると、発電室50の下部T3の局所的に炉内燃焼の異常上昇が防止できる温度と判定され、そのときの供給空気流量、MGT10の出力、及びSOFC20の炉内燃焼用の燃料流量の値が保持される。
Since the SOFC 20 has started in-furnace combustion, the temperature of the power generation chamber 50 continues to rise, but air having a temperature lower than the supply air from the MGT 10 that was supplied when the first temperature increase control was being performed. Since the air is supplied, the temperature rise in the lower portion T3, which is the portion for supplying air in the power generation chamber 50 (near the air inlet), becomes slower than the upper portion T1 and the central portion T2. By continuously reducing the output of the MGT 10 and reducing the flow rate of air supplied from the MGT 10 to the SOFC 20, the temperature difference between the lower T3 of the power generation chamber 50 to which air is supplied, and the upper T1 and the center T2 gradually increases. Become bigger.
When it is detected at time t6 that the temperature of the air supplied from the MGT 10 (the temperature of the air near the outlet of the MGT 10) is a desired value (for example, 420 ° C. or lower), Therefore, it is determined that the temperature can prevent an abnormal increase in the in-furnace combustion, and the supplied air flow rate, the output of the MGT 10 and the fuel flow rate for the in-furnace combustion of the SOFC 20 are held.

発電開始直前である第2所定温度において、中央部T2と下部T3との温度差が、50℃〜100℃(つまり、下部T3の温度は、中央部T2より50℃〜100℃低い状態)となるように制御されていることが好ましく、そのような温度差が検出されると、第2昇温制御が終了され、発電制御が開始される。   At the second predetermined temperature immediately before the start of power generation, the temperature difference between the central portion T2 and the lower portion T3 is 50 ° C to 100 ° C (that is, the temperature of the lower portion T3 is 50 ° C to 100 ° C lower than the central portion T2). It is preferable that the temperature difference is controlled. When such a temperature difference is detected, the second temperature increase control is terminated and the power generation control is started.

以上説明してきたように、本実施形態に係る複合発電システム1の制御装置30及びそれを備えた複合発電システム1並びに複合発電システム1の制御方法1によれば、SOFC20と、SOFC20から排出された燃料を燃焼させる燃焼器14と、燃焼器14から供給される燃焼ガスによって駆動するガスタービン16と、空気を圧縮する圧縮機15と、圧縮機15で圧縮された空気が加熱されるエアヒータ12とを備えるMGT10とを組み合わせた連携運転を行って発電する複合発電システム1の制御装置30において、圧縮機15で圧縮された空気は、エアヒータ12によって加熱されてエアヒータ12の出口から排出され、SOFC20に供給させる空気と、SOFC20に供給する経路上から燃焼器14にバイパスさせる第1バイパス経路17を流通する空気とに分けられるので、第1バイパス経路17上に設けられる制御弁11が開方向に調整されることにより、SOFC20に供給される空気流量が調整前より少なくされる。また、MGT10の出力を低下させる方向に制御された場合には、SOFC20に供給する空気の温度が、MGT10の出力を低下させない場合より低くされる。これらにより、SOFC20の発電室50の温度が第1所定温度(例えば、450℃)以上となった場合に、SOFC20に燃料が供給されて炉内燃焼がされつつ、発電室50の温度見合いでSOFC20に供給される空気の流量が低減され、かつ、温度が低く調整できる。   As described above, according to the control device 30 of the combined power generation system 1 and the combined power generation system 1 including the same and the control method 1 of the combined power generation system 1 according to the present embodiment, the SOFC 20 and the SOFC 20 are discharged. A combustor 14 for burning fuel, a gas turbine 16 driven by combustion gas supplied from the combustor 14, a compressor 15 for compressing air, and an air heater 12 for heating the air compressed by the compressor 15; In the control device 30 of the combined power generation system 1 that generates electric power by performing cooperative operation in combination with the MGT 10 including the air, the air compressed by the compressor 15 is heated by the air heater 12 and is discharged from the outlet of the air heater 12 to the SOFC 20. The first air to be supplied to the combustor 14 from the air to be supplied and the path for supplying the SOFC 20 Because it is divided into air flowing through the paths path 17, the control valve 11 provided on the first bypass passage 17 is adjusted in the opening direction, the air flow supplied to the SOFC20 is less than before the adjustment. When the output of the MGT 10 is controlled to decrease, the temperature of the air supplied to the SOFC 20 is made lower than when the output of the MGT 10 is not decreased. As a result, when the temperature of the power generation chamber 50 of the SOFC 20 becomes equal to or higher than a first predetermined temperature (for example, 450 ° C.), fuel is supplied to the SOFC 20 and burned in the furnace. The flow rate of the air supplied to the battery can be reduced, and the temperature can be adjusted low.

SOFC20とMGT10とによる複合発電システム1において、SOFC20の起動時には、発電室50を昇温させるために、第1昇温制御と第2昇温制御の2段階の昇温制御が行われるが、本発明によれば、第2昇温制御において、SOFC20の発電室50の温度に応じてSOFC20に供給する空気の流量が調整されるので、発電室50の温度よりも低い温度の供給空気が多いことにより炉内燃焼の燃焼場を冷却して昇温を妨げることを防ぐ。   In the combined power generation system 1 using the SOFC 20 and the MGT 10, when the SOFC 20 is started, in order to increase the temperature of the power generation chamber 50, two-step temperature increase control of first temperature increase control and second temperature increase control is performed. According to the invention, in the second temperature increase control, the flow rate of the air supplied to the SOFC 20 is adjusted according to the temperature of the power generation chamber 50 of the SOFC 20, so that there is much supply air at a temperature lower than the temperature of the power generation chamber 50. This prevents the combustion field in the furnace combustion from being hindered from hindering the temperature rise.

また、SOFC20の発電室50の温度に応じてSOFC20に供給する空気の温度が調整されるので、第2昇温制御において供給空気の温度が高いことにより発電室50に空気を供給する部分(空気の入口近傍。本実施形態においては、下部T3)での燃焼が多くなり局所的に温度が上がり過ぎ、上部T1及び中央部T2における燃焼を妨げることを防ぐことができる。また、これにより、第1昇温制御によって昇温された発電室50が、降温されることを抑制できるので、発電室昇温時の第1昇温制御から第2昇温制御の切り替えを効率的に行え、熱損失及び時間損失を最小限に抑えることができ、それに応じてSOFC20の起動にかかる時間を短縮することができる。   Further, since the temperature of the air supplied to the SOFC 20 is adjusted according to the temperature of the power generation chamber 50 of the SOFC 20, a portion (air) that supplies air to the power generation chamber 50 when the temperature of the supply air is high in the second temperature rise control. In this embodiment, it is possible to prevent the combustion at the lower portion T3) from increasing and the temperature from locally rising so that the combustion at the upper portion T1 and the central portion T2 is prevented. Moreover, since it can suppress that the electric power generation room 50 heated up by 1st temperature rising control is lowered | hung by this, switching from the 1st temperature rising control at the time of power generation room temperature rising to 2nd temperature rising control is efficient. Thus, heat loss and time loss can be minimized, and the time required to start up the SOFC 20 can be shortened accordingly.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.

1 複合発電システム(燃料電池・ガスタービン発電システム)
10 MGT(マイクロガスタービン)
11 制御弁
12 エアヒータ(A/H)
13 バイパス弁
14 燃焼器
20 SOFC(固体酸化物形燃料電池)
30 制御装置
50 発電室
1 Combined power generation system (fuel cell / gas turbine power generation system)
10 MGT (micro gas turbine)
11 Control valve 12 Air heater (A / H)
13 Bypass valve 14 Combustor 20 SOFC (Solid oxide fuel cell)
30 Control device 50 Power generation room

Claims (10)

燃料電池と内燃機関とを組み合わせて発電する複合発電システムの制御装置であって、
前記内燃機関は、前記燃料電池から排出された燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から供給される燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記空気が加熱される熱交換手段と、
前記熱交換手段において加熱された前記空気を前記燃料電池に流通させる経路上から前記燃焼器に前記空気をバイパスさせる第1バイパス経路と、
前記第1バイパス経路に流通させる前記空気の流量を調整する制御弁とを具備し、
前記燃料電池の発電室の温度が、炉内燃焼可能な第1所定温度以上となった場合に、前記燃料電池に燃料を供給して炉内燃焼させつつ、前記発電室の温度に応じて、前記制御弁の弁開度を調整し、かつ、前記内燃機関の出力を調整する複合発電システムの制御装置。
A control device for a combined power generation system that generates power by combining a fuel cell and an internal combustion engine,
The internal combustion engine is compressed by the combustor that burns the fuel discharged from the fuel cell, a gas turbine that is driven by combustion gas supplied from the combustor, a compressor that compresses air, and the compressor. Heat exchange means for heating the air;
A first bypass path for bypassing the air to the combustor from a path for circulating the air heated in the heat exchange means to the fuel cell;
A control valve for adjusting the flow rate of the air flowing through the first bypass path,
When the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is equal to or higher than a first predetermined temperature that can be combusted in the furnace, while supplying fuel to the fuel cell and combusting in the furnace, according to the temperature of the power generation chamber, A control device for a combined power generation system that adjusts a valve opening of the control valve and adjusts an output of the internal combustion engine.
前記燃料電池に供給される前記燃料の供給量は、前記発電室の所定の昇温レートに従うように調整される請求項1に記載の複合発電システムの制御装置。   2. The control device for a combined power generation system according to claim 1, wherein an amount of the fuel supplied to the fuel cell is adjusted to follow a predetermined temperature increase rate of the power generation chamber. 前記燃料電池の発電室の温度が第1所定温度以上となり、前記発電室内の温度分布が許容値を超えた場合に、前記燃料電池に供給する前記燃料の供給量を低減する、或いは、前記燃料の供給を停止する請求項1または請求項2に記載の複合発電システムの制御装置。   When the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is equal to or higher than a first predetermined temperature and the temperature distribution in the power generation chamber exceeds an allowable value, the amount of fuel supplied to the fuel cell is reduced, or the fuel The control apparatus of the combined power generation system according to claim 1 or 2, wherein the supply of power is stopped. 前記圧縮機で圧縮された前記空気を前記熱交換手段を介さず前記熱交換手段の出口にバイパスさせて排出させる第2バイパス経路と、
前記第2バイパス経路に流通させる前記空気の流量を調整するバイパス弁と
を具備する請求項1から請求項3のいずれかに記載の複合発電システムの制御装置。
A second bypass path for bypassing the air compressed by the compressor to the outlet of the heat exchange means without passing through the heat exchange means;
The control device for a combined power generation system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a bypass valve that adjusts a flow rate of the air flowing through the second bypass path.
前記燃料電池の発電室の温度が前記第1所定温度より小さい場合には、前記発電室を構成するメタル部材の温度差が、前記発電室内の温度分布の許容温度差以下となるように、前記内燃機関から前記燃料電池に供給する前記空気の流量及び温度を制御する請求項1から請求項4のいずれかに記載の複合発電システムの制御装置。   When the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is lower than the first predetermined temperature, the temperature difference of the metal member constituting the power generation chamber is less than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber. The control apparatus of the combined power generation system according to any one of claims 1 to 4, which controls a flow rate and a temperature of the air supplied from an internal combustion engine to the fuel cell. 前記発電室を構成する前記メタル部材の温度差が、前記発電室内の温度分布の前記許容温度差より大きくなった場合には、前記制御弁の弁開度の制御、及び前記内燃機関の出力の制御のうち少なくともいずれか一方の制御を一時停止し、前記発電室を構成する前記メタル部材の温度差が、前記発電室内の温度分布の許容温度差以下となった場合に、前記制御弁の弁開度の制御、及び前記内燃機関の出力の制御を再開する請求項5に記載の複合発電システムの制御装置。   When the temperature difference of the metal member constituting the power generation chamber becomes larger than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber, the control of the valve opening of the control valve and the output of the internal combustion engine When at least one of the controls is temporarily stopped, and the temperature difference of the metal member constituting the power generation chamber becomes equal to or less than the allowable temperature difference of the temperature distribution in the power generation chamber, the valve of the control valve The combined power generation system control device according to claim 5, wherein the control of the opening degree and the control of the output of the internal combustion engine are resumed. 前記発電室の温度が前記第1所定温度となるまで、前記発電室の所定の昇温レートに従うように、前記燃料電池に供給する前記空気の流量を増加させる請求項1から請求項6のいずれかに記載の複合発電システムの制御装置。 The flow rate of the air supplied to the fuel cell is increased so as to follow a predetermined rate of temperature increase of the power generation chamber until the temperature of the power generation chamber reaches the first predetermined temperature. A control device for a combined power generation system according to claim 1. 前記発電室は、上下方向に複数の領域に分けられ、上から順に上部、中央部、下部と区分けされ、前記下部から前記空気が供給される場合に、
前記下部の領域の温度が、前記上部及び前記中央部の温度に対して低くなるように、前記燃料電池に供給する前記燃料の供給量、前記空気の供給量、及び前記空気の温度のうち、少なくとも一つを調整する請求項1から請求項7のいずれかに記載の複合発電システムの制御装置。
The power generation chamber is divided into a plurality of regions in the vertical direction, and is divided into an upper part, a central part, and a lower part in order from the top, and when the air is supplied from the lower part,
Among the supply amount of the fuel supplied to the fuel cell, the supply amount of air, and the temperature of the air so that the temperature of the lower region is lower than the temperature of the upper portion and the central portion, The control apparatus of the combined power generation system according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one of them is adjusted.
燃料電池と、請求項1から請求項8のいずれかに記載の制御装置と、前記内燃機関とを具備する複合発電システム。   A combined power generation system comprising a fuel cell, the control device according to any one of claims 1 to 8, and the internal combustion engine. 燃料電池と、前記燃料電池から排出された燃料を燃焼させる燃焼器、前記燃焼器から供給される燃焼ガスによって駆動するガスタービン、空気を圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機で圧縮された前記空気が加熱される熱交換手段を具備する内燃機関とを組み合わせて発電する複合発電システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電室の温度が、炉内燃焼可能な第1所定温度以上となった場合に、前記燃料電池に燃料を供給して炉内燃焼させつつ、前記発電室の温度に応じて、前記熱交換手段において加熱された前記空気を前記燃料電池に流通させる経路上から前記燃焼器に前記空気をバイパスさせる第1バイパス経路に流通させる前記空気の流量を調整する制御弁を調整し、かつ、前記内燃機関の出力を調整する複合発電システムの制御方法。
A fuel cell, a combustor that burns fuel discharged from the fuel cell, a gas turbine that is driven by combustion gas supplied from the combustor, a compressor that compresses air, and the air that is compressed by the compressor A control method for a combined power generation system that generates power in combination with an internal combustion engine having heat exchange means for heating
When the temperature of the power generation chamber of the fuel cell is equal to or higher than a first predetermined temperature that can be combusted in the furnace, while supplying fuel to the fuel cell and combusting in the furnace, according to the temperature of the power generation chamber, Adjusting a control valve for adjusting a flow rate of the air to be circulated from a path through which the air heated in the heat exchange means is circulated to the fuel cell to a first bypass path for bypassing the air to the combustor; and A control method of a combined power generation system for adjusting the output of the internal combustion engine.
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