發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法和運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法和運(yùn)行方法，其中，該發(fā)電系統(tǒng)由燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽輪機(jī)組合而成。
【背景技術(shù)】
[0002]作為用途廣泛且效率高的燃料電池，已知有作為燃料電池的固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下稱(chēng)為“SOFC”)。在該SOFC中，為了提高離子電導(dǎo)率而提高了工作溫度，因此，能夠?qū)娜細(xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)噴出的空氣用作供至空氣極側(cè)的空氣(氧化劑)。另外，SOFC的未利用的高溫燃料用作燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的燃料。
[0003]因此，例如如下述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所述，作為能夠?qū)崿F(xiàn)高效率發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)，業(yè)者提出了各種由S0FC、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽輪機(jī)組合而成的發(fā)電系統(tǒng)。該專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的聯(lián)合系統(tǒng)，設(shè)有S0FC、燃燒從該SOFC排出的廢燃料氣和廢空氣的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器、具有將空氣壓縮后供給SOFC的壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)2009-205930號(hào)公報(bào)發(fā)明概要
[0007]發(fā)明擬解決的問(wèn)題
[0008]在上述現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)中，先使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行運(yùn)行，并將被該燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)壓縮了的一部分空氣供給S0FC，從而對(duì)SOFC進(jìn)行加壓，然后使SOFC啟動(dòng)。該情況下，為了形成如下一種流程，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的出口壓力與接收從SOFC排出的廢燃料氣的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的入口壓力變?yōu)楹愣〞r(shí)，補(bǔ)充壓力損失部分，然后向SOFC供給壓縮空氣，優(yōu)選利用鼓風(fēng)機(jī)吹送壓縮空氣。但是，鼓風(fēng)機(jī)在從開(kāi)始運(yùn)行至額定運(yùn)行為止的期間內(nèi)，內(nèi)部的壓力或者流量急劇變動(dòng)，使得運(yùn)行變得不穩(wěn)定。因此，隨著鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行壓縮空氣的流量急劇增加而被輸送至S0FC，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)供至燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的壓縮空氣不足的情況。由此，在燃燒器中，燃燒用空氣不足會(huì)導(dǎo)致燃燒氣體的溫度升高，或者，在燃燒器或者渦輪機(jī)中，因?yàn)槔鋮s用空氣不足而難以充分冷卻。另外，為了防止隨著鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行壓縮空氣的流量急劇增加而被輸送至S0FC，導(dǎo)致供至燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的壓縮空氣不足的情況，可以考慮將燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的SOFC側(cè)出口和燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的SOFC側(cè)入口堵住，但是，這樣會(huì)導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。
[0009]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題開(kāi)發(fā)而成，其目的在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，其能夠抑制燃料電池啟動(dòng)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣不足，從而能夠穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0010]另外，在上述現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)的額定運(yùn)行時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)隨發(fā)電狀況發(fā)生變動(dòng)。該情況下，壓縮機(jī)的出口壓力會(huì)發(fā)生變動(dòng)。因此，供至SOFC側(cè)的壓縮空氣的壓力不穩(wěn)定。SOFC優(yōu)選以將空氣極與燃料極的壓力控制為相等而使空氣和燃料不會(huì)流入彼此間的穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，當(dāng)供給的壓縮空氣的壓力不穩(wěn)定時(shí)，SOFC的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)變得不穩(wěn)定，從而有可能導(dǎo)致發(fā)電效率下降。
[0011]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題開(kāi)發(fā)而成，其目的在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的運(yùn)行方法，其能夠使從燃?xì)廨啓C(jī)供至燃料電池的壓縮空氣的壓力保持恒定。
[0012]解決課題的方法
[0013]為達(dá)成上述目的的本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于具備:具有壓縮機(jī)和燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)；用于將被所述壓縮機(jī)壓縮了的壓縮空氣供給所述燃燒器的第I壓縮空氣供給管線(xiàn)；具有空氣極和燃料極的燃料電池；用于將被所述壓縮機(jī)壓縮了的一部分壓縮空氣供至所述空氣極的第2壓縮空氣供給管線(xiàn)；設(shè)置于所述第2壓縮空氣供給管線(xiàn)，對(duì)所述壓縮空氣進(jìn)行增壓的增壓機(jī)；將所述第2壓縮空氣供給管線(xiàn)中的所述增壓機(jī)的上游側(cè)與下游側(cè)連接的增壓機(jī)循環(huán)管線(xiàn)；設(shè)置于所述增壓機(jī)循環(huán)管線(xiàn)中的第I控制閥；設(shè)置于所述第2壓縮空氣供給管線(xiàn)中的所述增壓機(jī)循環(huán)管線(xiàn)與所述燃料電池之間的第2控制閥；以及在所述燃料電池啟動(dòng)時(shí)將所述第2控制閥關(guān)閉且將所述第I控制閥打開(kāi)，使所述增壓機(jī)啟動(dòng)的控制部。
[0014]因此，在燃料電池啟動(dòng)時(shí)，在將被壓縮機(jī)壓縮了的一部分壓縮空氣供至空氣極的第2壓縮空氣供給管線(xiàn)中，使壓縮空氣從增壓機(jī)的下游側(cè)朝向上游側(cè)循環(huán)。因此，此時(shí)供至燃燒器或者渦輪機(jī)的壓縮空氣不會(huì)不足，從而能夠防止燃燒器中產(chǎn)生異常燃燒、或者渦輪機(jī)的冷卻不足。由此，能夠防止燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣不足，從而能夠穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0015]在本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，還具備用于檢測(cè)所述增壓機(jī)中的壓縮空氣的壓力或者流量的檢測(cè)器，當(dāng)所述流量檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力或者流量變?yōu)橐?guī)定值時(shí)，所述控制部將所述第2控制閥打開(kāi)，并且將所述第I控制閥關(guān)閉。
[0016]因此，通過(guò)在增壓機(jī)中的壓縮空氣的流量變穩(wěn)定后向燃料電池輸送壓縮空氣，能夠恰當(dāng)?shù)匾种迫細(xì)廨啓C(jī)中的空氣不足。
[0017]另外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，其特征在于，包括:燃料電池啟動(dòng)時(shí)，使設(shè)置于所述燃料電池的空氣極近旁的增壓機(jī)啟動(dòng)，對(duì)被燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)壓縮了的一部分壓縮空氣進(jìn)行增壓，并且使該壓縮空氣從該增壓機(jī)的下游側(cè)朝向上游側(cè)循環(huán)的工序；接著，當(dāng)被所述燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)壓縮了的一部分壓縮空氣的壓力或者流量變?yōu)橐?guī)定值時(shí)，利用所述增壓機(jī)對(duì)所述壓縮空氣進(jìn)行增壓的同時(shí)，將該壓縮空氣供至所述燃料電池的空氣極的工序。
[0018]因此，在燃料電池啟動(dòng)時(shí)，燃燒器或者渦輪機(jī)中的壓縮空氣不會(huì)不足，從而能夠防止燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣不足，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行啟動(dòng)。
[0019]為達(dá)成上述目的的本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備:具有壓縮機(jī)和燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)；具有空氣極和燃料極的燃料電池；用于將被所述壓縮機(jī)壓縮了的一部分壓縮空氣供至所述空氣極的壓縮空氣供給管線(xiàn)；設(shè)置于所述壓縮空氣供給管線(xiàn)的壓力控制閥；設(shè)置于所述壓縮空氣供給管線(xiàn)，檢測(cè)供至所述空氣極的壓縮空氣的壓力的檢測(cè)器；以及根據(jù)所述檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力的變動(dòng)而對(duì)所述壓力控制閥的開(kāi)度進(jìn)行控制，使供至所述空氣極的壓縮空氣的壓力達(dá)到恒定的控制部。
[0020]因此，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的出口側(cè)壓力發(fā)生變動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)壓力控制閥的開(kāi)度進(jìn)行控制，從而彌補(bǔ)該壓縮空氣的壓力。因此，能夠使從燃?xì)廨啓C(jī)供至燃料電池的壓縮空氣的壓力保持恒定。由此，燃料電池在恒定壓力的壓縮空氣下工作，因此，燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，從而能夠穩(wěn)定地進(jìn)行發(fā)電。
[0021]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，所述壓力控制閥由多個(gè)控制閥并聯(lián)而構(gòu)成。
[0022]因此，在對(duì)壓力控制閥的開(kāi)度進(jìn)行控制時(shí)，例如先對(duì)流量調(diào)節(jié)范圍小的控制閥進(jìn)行控制，接著對(duì)流量調(diào)節(jié)范圍大的控制閥進(jìn)行控制。通過(guò)如此進(jìn)行控制，能夠通過(guò)流量調(diào)節(jié)范圍小的控制閥來(lái)彌補(bǔ)流量調(diào)節(jié)范圍較大的控制閥開(kāi)始工作時(shí)的工作不穩(wěn)定的范圍。由此，能夠順暢且正確地進(jìn)行使壓縮空氣的壓力保持恒定的控制。另外，即使多個(gè)控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍相同，也可以通過(guò)依次對(duì)開(kāi)度進(jìn)行控制，從而順暢且正確地進(jìn)行使壓縮空氣的壓力保持恒定的控制。
[0023]另外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的運(yùn)行方法，其特征在于，包括:將被燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)壓縮了的一部分壓縮空氣供至燃料電池的空氣極的工序；以及在供至所述燃料電池的壓縮空氣的壓力發(fā)生變動(dòng)時(shí)，對(duì)所述壓縮空氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所述壓縮空氣的壓力達(dá)到恒定的工序。
[0024]因此，即使燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的出口側(cè)壓力發(fā)生變動(dòng)，也能夠?qū)嚎s空氣的流量進(jìn)行控制，從而使該壓縮空氣的壓力保持恒定。因此，能夠使從燃?xì)廨啓C(jī)供至燃料電池的壓縮空氣的壓力保持恒定。由此，由于燃料電池在恒定壓力的壓縮空氣下工作，因此，燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，從而能夠穩(wěn)定地進(jìn)行發(fā)電。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，由于是利用設(shè)置于燃料電池的空氣極近旁的增壓機(jī)對(duì)被燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)壓縮過(guò)的一部分壓縮空氣進(jìn)行增壓，并且使該一部分壓縮空氣從該增壓機(jī)的下游側(cè)朝向上游側(cè)循環(huán)后供給燃料電池，因此，能夠防止燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣不足，從而能夠穩(wěn)定地啟動(dòng)。另外，即使在為了防止隨著鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行壓縮空氣的流量急劇增加而被輸送至燃料電池，從而導(dǎo)致供至燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的壓縮空氣不足的情況，而將燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的燃料電池側(cè)出口和燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的燃料電池側(cè)入口堵住的狀態(tài)下，也能夠使鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的運(yùn)行方法，即使燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的出口側(cè)壓力發(fā)生變動(dòng)，也能夠通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，使從燃?xì)廨啓C(jī)供至燃料電池的壓縮空氣的壓力保持恒定。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣供給管線(xiàn)的簡(jiǎn)圖。
[0029]圖2是表示本實(shí)施例1的發(fā)電系統(tǒng)中的固體氧化物燃料電池啟動(dòng)時(shí)壓縮空氣的供給時(shí)機(jī)的時(shí)序圖。
[0030]圖3是表示本實(shí)施例1的發(fā)電系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
[0031]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣供給管線(xiàn)的簡(jiǎn)圖。
[0032]圖5是本實(shí)施例2的發(fā)電系統(tǒng)中的固體氧化物燃料電池運(yùn)行時(shí)壓縮空氣的供給流程圖。
[0033]圖6是表示本實(shí)施例2涉及的另一方式的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣供給管線(xiàn)的簡(jiǎn)圖。
[0034]圖7是表示本實(shí)施例2的發(fā)電系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例1
[0036]以下，參照附圖對(duì)于本發(fā)明涉及的發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法的較佳實(shí)施例詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限定于該實(shí)施例，另外，在存在多個(gè)實(shí)施例的情況下，也包括將各實(shí)施例加以組合而構(gòu)成的實(shí)施例。
[0037]本實(shí)施例1的發(fā)電系統(tǒng)是由固體氧化物燃料電池(以下稱(chēng)為“SOFC”)、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽