JP2001052727A - Power generating system by fuel cell - Google Patents

Power generating system by fuel cell

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JP2001052727A
JP2001052727A JP11220889A JP22088999A JP2001052727A JP 2001052727 A JP2001052727 A JP 2001052727A JP 11220889 A JP11220889 A JP 11220889A JP 22088999 A JP22088999 A JP 22088999A JP 2001052727 A JP2001052727 A JP 2001052727A
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JP
Japan
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air
fuel
fuel cell
power generation
exhaust gas
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Withdrawn
Application number
JP11220889A
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Japanese (ja)
Inventor
Fusayuki Nanjo
房幸 南條
Koichi Takenobu
弘一 武信
Yasuhiko Ikemoto
泰彦 池本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generating system using a solid electrolyte fuel cell having enhanced system efficiency. SOLUTION: In a power generating system by a fuel cell 11 using a solid electrolyte, after exhausted air 15 exhausted from the air electrode 10b of a fuel cell body is used as heat for heat exchange of an air pre-heater 17, a part of it is mixed with air 25 supplied from a recycle line 26 and is used again by preheating the air, and after fuel exhausted gas 12 exhausted from the fuel electrode 10a of the fuel cell body is used as heat for heat exchange of a fuel pre-heater 14, a part of it is mixed with fuel 20 supplied from a recycle line 21 and is used again by preheating the fuel.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、システム効率の向
上を図った固体電解質燃料電池を用いた発電システムに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system using a solid oxide fuel cell for improving system efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り固体電解質燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel C
ells:以下「燃料電池」という。)を用いた発電システ
ムが種々提案されている。上記燃料電池は、水素或いは
炭化水素系ガス(例えばメタン等)を燃料ガスとし、空
気を酸化剤として使用し、約1000℃前後(900〜
1200℃)という高温条件において電池反応により、
発電をおこなっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) has conventionally been used.
ells: Hereinafter referred to as “fuel cell”. ) Have been proposed. The fuel cell uses hydrogen or a hydrocarbon-based gas (for example, methane or the like) as a fuel gas, uses air as an oxidizing agent, and operates at about 1000 ° C.
The battery reaction under high temperature conditions of 1200 ° C)
We are generating electricity.

【0003】図12に従来の燃料電池を用いた発電シス
テムの一例を示す。従来の燃料電池を用いた発電システ
ムは、固体電解質01aの両側に燃料極01bと空気極
01cとを備えた燃料電池01と、該燃料電池01の燃
料極01bと空気極01cから各々排出された燃料排ガ
ス02及び排空気03を燃焼する燃焼器04と、該燃焼
器04からの排ガス05を用い、新規に供給される燃料
06及び空気07を各々予熱する燃料予熱器08,空気
予熱器09と、該予熱後の排ガス010を用いて発電を
行う排ガス発電手段011とを備えたものであり、該排
ガス発電手段011はスチームタービン012と発電機
013と復水器014と給水ポンプ015とから構成さ
れており、スチーム016の一部は燃料06の加湿のた
めに、燃料供給ラインに導入されている。
FIG. 12 shows an example of a conventional power generation system using a fuel cell. A power generation system using a conventional fuel cell has a fuel cell 01 having a fuel electrode 01b and an air electrode 01c on both sides of a solid electrolyte 01a, and the fuel cell 01 is discharged from the fuel electrode 01b and the air electrode 01c of the fuel cell 01, respectively. A combustor 04 that burns the fuel exhaust gas 02 and the exhaust air 03, and a fuel preheater 08 and an air preheater 09 that use the exhaust gas 05 from the combustor 04 to preheat newly supplied fuel 06 and air 07, respectively. And exhaust gas power generation means 011 for generating electric power using the preheated exhaust gas 010. The exhaust gas power generation means 011 includes a steam turbine 012, a generator 013, a condenser 014, and a water supply pump 015. A part of the steam 016 is introduced into the fuel supply line for humidifying the fuel 06.

【0004】図13に従来の他の燃料電池を用いた発電
システムの他の一例を示す。他の燃料電池を用いた発電
システムは、燃料電池021の燃料極021bには燃料
022が供給されており、一方の空気極021bには空
気023が供給されている。該空気023の供給ライン
024には、空気予熱器025が介装されており、空気
極021bから排出された排空気026の熱を利用して
熱交換されている。上記空気予熱器025からの排ガス
027の排ガスラインには排ガスボイラ028が設けら
れており、該排ガスボイラ028から排出される排空気
029は煙突030から排出されると共に、その一部は
循環ブロワ031により、空気供給ライン024へ戻さ
れ、供給される空気023と混合して空気予熱器025
へ導入されている。
FIG. 13 shows another example of a power generation system using another conventional fuel cell. In a power generation system using another fuel cell, fuel 022 is supplied to a fuel electrode 021b of the fuel cell 211, and air 023 is supplied to one air electrode 021b. An air preheater 025 is interposed in the supply line 024 of the air 023, and heat is exchanged using heat of the exhaust air 026 discharged from the air electrode 021b. An exhaust gas boiler 028 is provided in an exhaust gas line of the exhaust gas 027 from the air preheater 025. Exhaust air 029 discharged from the exhaust gas boiler 028 is exhausted from a chimney 030, and a part thereof is circulated by a circulation blower 031. Is returned to the air supply line 024, and is mixed with the supplied air 023 to mix the air preheater 025
Has been introduced to.

【0005】しかしながら、図12に示すような従来の
燃料電池発電システムでは、ガス流れが一方向であるこ
とから電池内温度を許容値内にする為に多量の燃料と空
気が必要となる上、燃焼器04,燃料予熱器08及び空
気予熱器09を通過して排ガス05の顕熱を利用した後
に、ボトミングシステムの発電手段011に排ガス01
0を供給するので、ボトミングシステムのスチームター
ビン012へ供給する入口ガス温度が低く、ボトミング
効率が低いという問題があった。
However, in the conventional fuel cell power generation system as shown in FIG. 12, since the gas flow is unidirectional, a large amount of fuel and air are required to keep the temperature inside the cell within an allowable value. After passing through the combustor 04, the fuel preheater 08, and the air preheater 09 and utilizing the sensible heat of the exhaust gas 05, the exhaust gas 01 is supplied to the power generation means 011 of the bottoming system.
0, the temperature of the inlet gas supplied to the steam turbine 012 of the bottoming system is low, and the bottoming efficiency is low.

【0006】一方、図13に示す他の従来の燃料電池発
電システムでは、供給する空気023へ排ガスボイラ0
28から排出される排空気029を供給することで空気
を予熱しているが、煙突030へ排出される前の排空気
029の温度は低く、効率的な予熱ではないという問題
がある。
On the other hand, in another conventional fuel cell power generation system shown in FIG.
Although the air is preheated by supplying the exhaust air 029 discharged from the exhaust gas 28, the temperature of the exhaust air 029 before being discharged to the chimney 030 is low, and there is a problem that the preheating is not efficient.

【0007】そこで、本発明は、上記問題に鑑み、燃料
電池の発電効率の向上と共にシステム全体の利用効率を
向上させる燃料電池発電システムを提供することを目的
とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system that improves the power generation efficiency of a fuel cell and the utilization efficiency of the entire system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
[請求項1]の発明は、固体電解質を用いた燃料電池の
発電システムにおいて、燃料電池本体の空気極から排出
した排空気を空気予熱器の熱交換の熱として利用した
後、その一部を供給される空気と混合して該空気を予熱
して再利用に供すると共に、燃料電池本体の燃料極から
排出した燃料排ガスを燃料予熱器の熱交換の熱として利
用した後、その一部を供給される燃料と混合して該燃料
を予熱して再利用に供することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell power generation system using a solid electrolyte, wherein exhaust air discharged from an air electrode of a fuel cell body is preheated by air. After using it as heat for the heat exchange of the fuel cell, a part of it is mixed with the supplied air to preheat the air for reuse, and the fuel exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell body is used as a fuel preheater. After being used as heat for heat exchange, a part of the fuel is mixed with the supplied fuel, and the fuel is preheated and reused.

【0009】[請求項2]の発明は、請求項1におい
て、上記混合後の空気を空気循環ブロワにより空気予熱
器へ送給すると共に、上記混合後の燃料を燃料循環ブロ
ワにより燃料予熱器へ送給することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the mixed air is supplied to an air preheater by an air circulation blower, and the mixed fuel is supplied to a fuel preheater by a fuel circulation blower. It is characterized by sending.

【0010】[請求項3]の発明は、請求項1におい
て、上記供給空気と排空気との混合をエジェクタにより
行いつつ空気予熱器へ送給すると共に、上記供給燃料と
燃料排ガスとの混合をエジェクタにより行いつつ燃料予
熱器へ送給することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the supply air and the exhaust air are supplied to an air preheater while being mixed by an ejector, and the mixing of the supplied fuel and the fuel exhaust gas is performed. The fuel is supplied to the fuel preheater while being performed by the ejector.

【0011】[請求項4]の発明は、請求項2又は3に
おいて、上記空気予熱器により予熱された空気を空気極
へ供給する前に少量の燃料を導入し、燃料電池反応温度
まで加熱すると共に、上記燃料予熱器により予熱された
燃料を燃料極へ供給する前に少量の空気を導入し、燃料
電池反応温度まで加熱することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, before supplying the air preheated by the air preheater to the air electrode, a small amount of fuel is introduced and heated to a fuel cell reaction temperature. In addition, a small amount of air is introduced before the fuel preheated by the fuel preheater is supplied to the fuel electrode, and the fuel is heated to a fuel cell reaction temperature.

【0012】[請求項5]の発明は、請求項1におい
て、上記空気の予熱に利用した排空気の残りと、上記燃
料の予熱に利用した燃料排ガスの残りとを混合して燃焼
させる燃焼器を備えたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the combustor according to the first aspect, wherein the remainder of the exhaust air used for preheating the air and the remainder of the fuel exhaust gas used for preheating the fuel are mixed and burned. It is characterized by having.

【0013】[請求項6]の発明は、請求項5におい
て、上記燃焼器からの燃焼後の排ガスを発電手段の熱源
として利用することを特徴とする。
[0013] The invention of claim 6 is characterized in that, in claim 5, the exhaust gas after combustion from the combustor is used as a heat source of power generation means.

【0014】[請求項7]の発明は、固体電解質を用い
た燃料電池の発電システムにおいて、燃料電池本体の空
気極から排出した排空気と燃料電池本体の燃料極から排
出した燃料排ガスとを燃焼器で燃焼させ、高温の排ガス
を供給する空気及び燃料の予熱にそれぞれ用いた後、そ
の燃焼排ガスの一部を供給される空気と混合して該空気
を予熱して再利用するとことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in a power generation system for a fuel cell using a solid electrolyte, exhaust air discharged from the air electrode of the fuel cell body and fuel exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell body are burned. After combustion in a heater and used for preheating air and fuel for supplying high-temperature exhaust gas, a part of the combustion exhaust gas is mixed with supplied air to preheat and reuse the air. I do.

【0015】[請求項8]の発明は、請求項7におい
て、上記混合後の空気を空気循環ブロワにより空気予熱
器へ送給することを特徴とする。
The invention of claim 8 is characterized in that, in claim 7, the mixed air is sent to an air preheater by an air circulation blower.

【0016】[請求項9]の発明は、請求項7におい
て、上記供給空気と排空気との混合をエジェクタにより
行いつつ空気予熱器へ送給することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the supply air and the exhaust air are supplied to an air preheater while being mixed by an ejector.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明による燃料電池発電システ
ムの実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの
実施の形態に限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a fuel cell power generation system according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0018】[第1の実施の形態]本発明の第1の実施
の形態を図1を用いて説明する。図1は燃料電池発電シ
ステムの概略図である。図1に示すように、本実施の形
態にかかる燃料電池発電システムは、固体電解質10の
両側に燃料極10aと空気極10bとを備えてなる燃料
電池11と、上記燃料極10aからの燃料排ガス12を
燃料極出口ラインL1 を介して導入し、上記燃料極10
aへ燃料極入口ラインL2 を介して供給する燃料13を
予熱する燃料予熱器14と、上記空気極10bからの排
空気15を空気極出口ラインL3を介して導入し、空気
極10bへ空気極入口ラインL4 を介して供給する空気
16を予熱する空気予熱器17と、これら燃料予熱器1
4及び空気予熱器17からの燃料排ガス12と排空気1
5とを燃焼器ラインL5 ,L6 を介して導入した後これ
らを燃焼させる燃焼器18と、上記燃焼器ラインL5
ら分枝され、該燃焼器18へ導入する前の燃料排ガス1
2を外部から燃料ブロワ19により供給される新規燃料
20へ導入するリサイクルライン21と、燃料予熱器入
口ラインL7に介装され、新規燃料20と燃料排ガス1
2とが混合されて温度が上昇した混合燃料22を燃料予
熱器14へ供給する燃料リサイクルブロワ23と、上記
燃焼器ラインL6 から分枝され、該燃焼器18へ導入す
る前の排空気15を外部から空気ブロワ24により供給
される新規空気25へ導入するリサイクルライン26
と、空気予熱器入口ラインL8 に介装され、新規空気2
5と排空気15とが混合されて温度が上昇した混合空気
27を空気予熱器17へ供給する空気リサイクルブロワ
28と、上記燃焼器18からの排ガスラインL9 により
排出される燃焼排ガス29を用いて発電を行う排ガス発
電手段30とを備えたものである。上記排ガス発電手段
30は、いわゆるボトミングサイクルと称されており、
排ガスボイラ31とスチームタービン32と発電機33
と復水器34と給水ポンプ35とから構成されており、
上記排ガスボイラ31からの排出される低温の排ガス3
6は煙突37から外部へ排出している。
[First Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system. As shown in FIG. 1, a fuel cell power generation system according to the present embodiment includes a fuel cell 11 having a fuel electrode 10a and an air electrode 10b on both sides of a solid electrolyte 10, and a fuel exhaust gas from the fuel electrode 10a. 12 is introduced through the fuel electrode outlet line L 1, the fuel electrode 10
a fuel preheater 14 for preheating the supply fuel 13 via the fuel electrode inlet lines L 2 to a, the exhaust air 15 from the air electrode 10b is introduced through the air electrode outlet line L 3, the air electrode 10b an air preheater 17 for preheating the supply air 16 through the air electrode inlet lines L 4, these fuel preheater 1
4 and fuel exhaust gas 12 from air preheater 17 and exhaust air 1
5 is introduced through the combustor lines L 5 and L 6 and then burned, and the fuel exhaust gas 1 which is branched from the combustor line L 5 and is not introduced into the combustor 18.
A recycle line 21 for introducing 2 from the outside to the new fuel 20 supplied by the fuel blower 19 is interposed in a fuel preheater inlet line L 7, new fuel 20 and fuel gas 1
The fuel recycle blower 23 supplies the fuel preheater 14 with the mixed fuel 22 whose temperature has risen due to the mixing of the fuel with the fuel combustor 2 and the exhaust air 15 branched from the combustor line L 6 before being introduced into the combustor 18. Line 26 that introduces air into new air 25 supplied from outside by air blower 24
When it is interposed an air preheater inlet line L 8, new air 2
An air recycle blower 28 for supplying the air preheater 17 with the mixed air 27 whose temperature has risen by mixing the air 5 and the exhaust air 15 to the air preheater 17 and a combustion exhaust gas 29 discharged from an exhaust gas line L 9 from the combustor 18 are used. And an exhaust gas power generation means 30 for generating electric power. The exhaust gas power generation means 30 is called a so-called bottoming cycle,
Exhaust gas boiler 31, steam turbine 32, and generator 33
And a condenser 34 and a water supply pump 35,
Low-temperature exhaust gas 3 discharged from the exhaust gas boiler 31
6 is discharged from the chimney 37 to the outside.

【0019】上記システムにおいて、燃料電池本体11
の燃料極10aから排出した燃料排ガス12を燃料予熱
器14内で熱交換に利用された後、リサイクルライン2
1により外部から供給される燃料20と混合して再利用
すると共に、燃料電池本体11の空気極10bから排出
した排空気15を空気予熱器17内で熱交換に利用され
た後、リサイクルライン21により外部から供給される
空気25と混合して再利用することにより、燃料及び空
気の効率的な予熱ができると共に、残りの燃料排ガス1
2及び排空気15は燃焼器18で燃焼され、該燃焼器1
8での高温の燃焼排ガス29はボトミングサイクルにお
ける排ガス発電手段30の発電効率の向上に寄与する。
In the above system, the fuel cell main body 11
After the fuel exhaust gas 12 discharged from the fuel electrode 10a is used for heat exchange in the fuel preheater 14, the
After being mixed with the fuel 20 supplied from the outside by the fuel cell 1 and reused, the exhaust air 15 discharged from the air electrode 10b of the fuel cell body 11 is used for heat exchange in the air preheater 17, and then recycled. The fuel and the air can be efficiently preheated by mixing with the air 25 supplied from the outside and reused, and the remaining fuel exhaust gas 1
2 and the exhaust air 15 are burned in a combustor 18 and the combustor 1
The high-temperature combustion exhaust gas 29 at 8 contributes to the improvement of the power generation efficiency of the exhaust gas power generation means 30 in the bottoming cycle.

【0020】すなわち、後述する試験例に示すように、
例えば空気を例にすると、空気予熱器において熱交換を
行う場合、新規導入される空気25はリサイクルライン
26により供給される排空気15と混合しているので、
ある程度予熱がなされ、空気予熱器17での熱交換効率
が高くなる。また、燃焼器18へ供給される燃料排ガス
12及び排空気15は温度が高いので、排ガスラインL
9 を介して発電手段30へ供給される排ガス29の温度
が高くなる。この結果、排ガスボイラの熱効率が向上
し、発電効率の向上を図ることができる。また、燃焼器
18の設置をリサイクルライン21,26の分枝の後流
側でしかも発電手段30の直前とするので、燃料排ガス
12及び排空気15の燃焼により排ガス温度が上昇し、
発電手段30の排ガスボイラ31への供給するガスを高
温にすることができ、ボトミングサイクルでの発電効率
も向上する。
That is, as shown in a test example described later,
For example, taking air as an example, when performing heat exchange in an air preheater, the newly introduced air 25 is mixed with the exhaust air 15 supplied by the recycle line 26.
Preheating is performed to some extent, and the heat exchange efficiency in the air preheater 17 increases. Further, since the temperature of the fuel exhaust gas 12 and the exhaust air 15 supplied to the combustor 18 is high, the exhaust gas line L
The temperature of the exhaust gas 29 supplied to the power generation means 30 via 9 increases. As a result, the thermal efficiency of the exhaust gas boiler is improved, and the power generation efficiency can be improved. Further, since the combustor 18 is installed on the downstream side of the branches of the recycling lines 21 and 26 and immediately before the power generation means 30, the combustion of the fuel exhaust gas 12 and the exhaust air 15 increases the exhaust gas temperature,
The gas supplied from the power generation means 30 to the exhaust gas boiler 31 can be heated to a high temperature, and the power generation efficiency in the bottoming cycle is also improved.

【0021】<試験例1>本発明の効果を示す発電シス
テムのヒートマスバランスについて、次に説明する。図
2は図1に示す発電システムのヒートマスバランスマッ
プの一例である。ここで、図2中、Tは温度(℃)を示
し、Mはマス量(×103 Mmol/h )を示す。また、図
2に示すシステムのシステム仕様を「表1」に示す。
<Test Example 1> The heat mass balance of the power generation system showing the effects of the present invention will be described below. FIG. 2 is an example of a heat mass balance map of the power generation system shown in FIG. Here, in FIG. 2, T indicates the temperature (° C.), and M indicates the mass amount (× 10 3 Mmol / h). Table 1 shows the system specifications of the system shown in FIG.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】先ず、排出された燃料排ガス12は、燃料
予熱器18の熱交換において1041℃から645℃へ
の低下があるものの、この燃料排ガス12をリサイクル
ライン21により新規導入される燃料20と混合して再
循環させることで、新規供給される燃料20の温度が2
59℃まで上昇する。よって、燃料予熱器18の熱交換
負荷は総合的にみると低減される。このことは空気側で
も同様である。また、リサイクルライン21,26へ分
枝されない残りの排空気15と燃料排ガス12とは燃焼
器18で燃焼され、ここで930℃という高温の排ガス
29を発生させ、排ガスラインL9 を介して該高温排ガ
ス29をガス発電手段30へ供給することができる。こ
の結果、排ガスボイラ31では高温のスチームを得るこ
とができ発電効率が向上する。本発明のようにした結
果、表1に示すように、ロスの全く無い発電システムを
構築することができる。本発明によれば、システムの加
熱及び均温化が少空気・少燃料で行える少エネルギー化
を図ることができ、燃料電池の信頼性の向上を図ること
ができる。また、反応に寄与しなかった燃料排ガスを循
環するようにしているので、燃料改質に必要な水蒸気の
外部供給が不要となり、装置のシンプル化が可能となる
うえ、燃料利用率の向上により、システムの高効率化が
可能となる。
First, although the discharged fuel exhaust gas 12 has a decrease from 1041 ° C. to 645 ° C. in the heat exchange of the fuel preheater 18, the fuel exhaust gas 12 is mixed with the fuel 20 newly introduced through the recycle line 21. And recirculation, the temperature of the newly supplied fuel 20 becomes 2
Increase to 59 ° C. Therefore, the heat exchange load of the fuel preheater 18 is reduced as a whole. This is the same on the air side. Moreover, the rest of the exhaust air 15 and fuel gas 12 that is not branched to the recycle line 21 and 26 is burned in the combustor 18, where 930 ° C. to generate a hot exhaust gas 29 that, via the exhaust gas line L 9 the The high-temperature exhaust gas 29 can be supplied to the gas power generation means 30. As a result, high-temperature steam can be obtained in the exhaust gas boiler 31, and power generation efficiency is improved. As a result of the present invention, as shown in Table 1, a power generation system without any loss can be constructed. Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to reduce the energy required for heating and equalizing the temperature of the system with a small amount of air and a small amount of fuel, and to improve the reliability of the fuel cell. In addition, since the fuel exhaust gas that has not contributed to the reaction is circulated, the external supply of steam required for fuel reforming is not required, which simplifies the apparatus and improves the fuel utilization rate. The efficiency of the system can be improved.

【0024】[第2の実施の形態]本発明の第2の実施
の形態を図3を用いて説明する。図3は燃料電池発電シ
ステムの概略図である。図1に示す第1の実施の形態に
かかるシステムでは新規供給する燃料20と燃料排ガス
12との混合はラインを接続して自然混合したものをリ
サイクルブロワ23により、燃料予熱器14へ導くよう
にしている(空気も同様)が、図3に示す本実施の形態
では新規燃料と燃料排ガスとの混合及び新規空気と排空
気との混合をエジュクタを用いて強制的に混合し、且つ
予熱器へ送給するシステムとするものである。なお、そ
の他の構成は図1と同様であるので、図1と同一符号を
付して、その説明は省略する。図3に示すように、本シ
ステムにおいては、燃料排ガス12と新規供給燃料20
との混合をエジェクタ38を用いて行うと共に、排空気
15と新規供給空気25との混合をエジェクタ39を用
いて行うようにしている。このようにエジェクタ38,
39を用いることにより、既存のリサイクルブロワが使
えない高温領域でのガスリサイクルが可能となる。
[Second Embodiment] A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system. In the system according to the first embodiment shown in FIG. 1, the newly supplied fuel 20 and the fuel exhaust gas 12 are mixed by connecting a line so that the natural mixture is guided to the fuel preheater 14 by the recycle blower 23. However, in the present embodiment shown in FIG. 3, the mixing of the new fuel and the fuel exhaust gas and the mixing of the new air and the exhaust air are forcibly mixed using an ejector, and the mixture is supplied to the preheater. It is a system to send. Since the other configuration is the same as that of FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 3, in the present system, the fuel exhaust gas 12 and the newly supplied fuel 20
Is mixed by using an ejector 38, and mixing of the exhaust air 15 and the newly supplied air 25 is performed by using an ejector 39. Thus, the ejector 38,
By using 39, gas recycling in a high temperature region where an existing recycling blower cannot be used becomes possible.

【0025】[第3の実施の形態]本発明の第3の実施
の形態を図4を用いて説明する。図4は燃料電池発電シ
ステムの概略図である。図4に示す燃料電池発電システ
ムは、図1のシステムにおいて、燃料電池11への供給
前の燃料ガス13及び空気16の加熱温度が低い場合
に、部分燃焼手段を設置したものである。ここで、上記
部分燃焼手段としては、例えば図4に示すように、予め
燃料熱交換器14にて予熱された燃料供給ラインL2
介装する燃焼式燃料予熱器41であれば、外部から空気
25を少量供給することにより、予熱された燃料13の
一部と供給された空気25とを燃焼させて供給ガスの温
度を上昇させることで、燃料自体を追い焚きするもので
ある。一方、予め空気熱交換器17にて予熱された空気
供給ラインL4 に介装する燃焼式燃料予熱器42であれ
ば、外部から燃料20を少量供給することにより、予熱
された空気16の一部と供給された燃料20とを燃焼さ
せて供給ガスの温度を上昇させることで、空気自体を追
い焚きするものである。
[Third Embodiment] A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system. The fuel cell power generation system shown in FIG. 4 has a configuration in which a partial combustion unit is installed when the heating temperature of the fuel gas 13 and the air 16 before supply to the fuel cell 11 is low in the system of FIG. Here, as the partial combustion means, for example, as shown in FIG. 4, if the combustion fuel preheater 41 interposed in the fuel supply line L 2 which has been preheated in advance fuel heat exchanger 14, from the outside By supplying a small amount of the air 25, a part of the preheated fuel 13 and the supplied air 25 are burned to raise the temperature of the supplied gas, thereby reheating the fuel itself. On the other hand, if the combustion fuel preheater 42 disposed to the air supply line L 4, which is preheated in advance air heat exchanger 17, by supplying a small amount of fuel 20 from the outside, one preheated air 16 The part itself and the supplied fuel 20 are burned to raise the temperature of the supply gas, thereby reheating the air itself.

【0026】本実施の形態によれば、本来であれば、ガ
ス温度を30℃上げるために、更に伝熱面積の大きな熱
交換器を備える必要があるが、該熱交換器を大型化する
ことなく、温度を例えば920℃から燃料電池の効率的
なガス温度である950℃まで容易に上昇させることが
できる。
According to the present embodiment, in order to raise the gas temperature by 30 ° C., it is normally necessary to provide a heat exchanger having a larger heat transfer area. Instead, the temperature can be easily increased from, for example, 920 ° C. to 950 ° C., which is an efficient gas temperature of the fuel cell.

【0027】[第4の実施の形態]本発明の第4の実施
の形態を図5を用いて説明する。図5は図1のシステム
の燃料電池部分を具体化した燃料電池モジュールを用い
たシステムの一例を示す。
[Fourth Embodiment] A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an example of a system using a fuel cell module that embodies the fuel cell portion of the system of FIG.

【0028】図5に示すように、本実施の形態にかかる
燃料電池モジュールは、隔壁51を配して内部を上部部
屋52と下部部屋53との二部屋に区分けしてなるモジ
ュール本体54と、上記モジュール本体54の下部部屋
53内に設けられ、両面に空気極と燃料極とを設けた発
電膜を複層してなる燃料電池スタック55と、上記燃料
電池スタック55の下面側(地側)に設けられ、発電温
度まで十分に加熱した燃料13を供給する燃料室56
と、上記燃料電池スタック55の両側面に各々配されて
なり、該燃料電池スタック55に発電温度まで十分に加
熱した空気16を供給する空気室57a及び排空気15
を排出する空気室57bと、上記モジュール本体54の
上部部屋52内に設けられ、上記空気室57aへ供給す
る空気16を加温する空気予熱器17と、上記モジュー
ル本体54の基体部58内に設けられ、上記燃料室56
へ供給する燃料13を加熱する燃料予熱器18とを具備
してなるものである。ここで、本実施の形態では、上記
モジュール本体54を隔壁51により区分けした上部室
52は外部から供給される空気25を予熱する空気予熱
器17を配設した空気予熱室と称し、下部室53は燃料
電池スタック55を収納するスタック室と称している。
As shown in FIG. 5, the fuel cell module according to the present embodiment has a module body 54 having a partition wall 51 and an interior divided into an upper room 52 and a lower room 53. A fuel cell stack 55 provided in a lower chamber 53 of the module main body 54 and having a plurality of power generation films provided with an air electrode and a fuel electrode on both sides; and a lower surface side (ground side) of the fuel cell stack 55 And a fuel chamber 56 for supplying the fuel 13 sufficiently heated to the power generation temperature.
And an air chamber 57a and exhaust air 15 which are provided on both side surfaces of the fuel cell stack 55 to supply the air 16 sufficiently heated to the power generation temperature to the fuel cell stack 55.
Air chamber 57b for discharging air, an air preheater 17 provided in the upper chamber 52 of the module main body 54 for heating the air 16 supplied to the air chamber 57a, and a base body 58 of the module main body 54 The fuel chamber 56 is provided
And a fuel preheater 18 for heating the fuel 13 supplied to the fuel cell. Here, in the present embodiment, the upper chamber 52 in which the module main body 54 is divided by the partition wall 51 is referred to as an air preheating chamber in which the air preheater 17 for preheating the air 25 supplied from the outside is provided, and the lower chamber 53 Is referred to as a stack chamber for storing the fuel cell stack 55.

【0029】なお、上述した構成以外の燃料排ガス12
のリサイクルライン21と、燃料排ガス12と燃料ブロ
ワ19により供給される新規燃料20と混合した混合ガ
ス22を燃料予熱器14へ供給する燃料循環ブロワ23
と、排空気15のリサイクルライン26と、排空気15
と空気ブロワ24により供給される新規空気25と混合
した混合ガス27を空気予熱器17へ供給する空気循環
ブロワ28と、燃料排ガス12と排空気15とを燃焼す
る燃焼器18及び該燃焼器18からの排ガス29を利用
して発電するボトミングサイクルの発電システム30
は、図1に示すものと同様であるので、同一符号を付し
ている。なお、本実施の形態のモジュール内には燃焼器
18を設けずに、ガスタービン31の近傍に設けるよう
にしたので、燃料排ガス12及び排空気15のままで引
回して移送し、ガスタービン31の近傍に設けた燃焼器
18で燃焼させているので、燃焼後に高温の排ガスを引
き回すことによる熱ロスを防止することができる。
It should be noted that the fuel exhaust gas 12 having a configuration other than that described above is used.
And a fuel circulation blower 23 for supplying a mixed gas 22 mixed with the fuel exhaust gas 12 and the new fuel 20 supplied by the fuel blower 19 to the fuel preheater 14.
And a recycle line 26 for the exhaust air 15,
Circulating blower 28 for supplying mixed gas 27 mixed with air and fresh air 25 supplied by air blower 24 to air preheater 17, combustor 18 for burning fuel exhaust gas 12 and exhaust air 15, and combustor 18 Cycle power generation system 30 that generates power using exhaust gas 29 from
Are the same as those shown in FIG. Since the combustor 18 is not provided in the module of the present embodiment, but is provided in the vicinity of the gas turbine 31, the fuel exhaust gas 12 and the exhaust air 15 are circulated and transferred as they are, and the gas turbine 31 is transferred. Is burned in the combustor 18 provided in the vicinity of the above, so that heat loss due to the circulation of high-temperature exhaust gas after combustion can be prevented.

【0030】本実施の形態では、図6に示すように、上
記燃料電池スタック55は、発電膜を起立した状態でイ
ンタコネクタを交互に介して少量(例えば9段)列設し
てサブスタック61を構成してなり、該サブスタック同
士を集電部材(図示せず)を用いて複数列(例えば10
列:61−1〜61−10)交互に連結して貨車状横置
スタックとしたものとしている。この貨車状横置スタッ
ク55には空気供給管62と空気排出管63とが左右交
互に連結されており、例えば第1のサブスタック61−
1を例にすると、空気予熱室から供給された空気16を
左側の空気室57aに供給させ、電池反応終了後には右
側の空気室57bから排空気15を排出している。な
お、貨車状横置スタック55の両端部に位置するサブス
タック61−1,61−10には、集電棒64を具えた
集電板65が各々設けられており、これらにより集電し
ている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the fuel cell stack 55 is arranged in a small number (for example, 9 stages) of the sub-stacks 61 with the power generation films standing up through the interconnectors alternately. The sub stacks are arranged in a plurality of rows (for example, 10 rows) using a current collecting member (not shown).
(Rows: 61-1 to 61-10) These are alternately connected to form a wagon-shaped horizontal stack. An air supply pipe 62 and an air discharge pipe 63 are connected alternately to the left and right sides of the wagon-shaped horizontal stack 55. For example, the first sub-stack 61-
Taking 1 as an example, the air 16 supplied from the air preheating chamber is supplied to the left air chamber 57a, and the exhaust air 15 is discharged from the right air chamber 57b after the battery reaction. The sub-stacks 61-1 and 61-10 located at both ends of the wagon-shaped horizontal stack 55 are provided with current collecting plates 65 having current collecting rods 64, respectively, to collect power. .

【0031】[第5の実施の形態]本発明の第5の実施
の形態を図7を用いて説明する。図7は図1のシステム
の燃料電池部分を具体化した燃料電池モジュールを用い
たシステムの一例を示す。
[Fifth Embodiment] A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an example of a system using a fuel cell module that embodies the fuel cell portion of the system of FIG.

【0032】本実施の形態にかかる燃料電池モジュール
は、2枚のガス不透過性の隔壁71,72を配して内部
を上部部屋73,中間部屋74,下部部屋75の三部屋
に区分けしてなるモジュール本体76と、上記モジュー
ル本体76の下部部屋75内に設けられ、両面に空気極
と燃料極とを設けた発電膜を複層してなる燃料電池スタ
ック77と、上記燃料電池スタック77の下面側に設け
られ、燃料13を供給する燃料室78と、上記燃料電池
スタック77の両側面に各々配されてなり、該燃料電池
スタック77に空気16を供給すると共に排空気15を
排出する空気室79と、上記モジュール本体76の上部
部屋73内に設けられ、上記空気室79へ供給する空気
16を加熱する空気予熱器17とを具備してなるもので
ある。上記空気室79は隔壁79aにより上下二分割さ
れており、上部室を排空気室79bとすると共に下部室
を供給空気室79cとし、上記空気予熱器17と上記供
給空気室79cとを連通する空気供給管(内管)80
と、該空気供給管80の周囲を覆い、上記モジュール本
体76の上部部屋73と下部部屋75との間に設けられ
た中間部屋74と上記排空気室79bとを連通する空気
排出管(外管)81とが設けられており、二重管構造と
している。
In the fuel cell module according to the present embodiment, two gas-impermeable partitions 71 and 72 are provided, and the interior is divided into an upper room 73, an intermediate room 74, and a lower room 75. A fuel cell stack 77 provided in a lower chamber 75 of the module main body 76 and having a power generation film provided with an air electrode and a fuel electrode on both surfaces thereof; A fuel chamber 78 provided on the lower surface side for supplying the fuel 13 and air arranged on both side surfaces of the fuel cell stack 77 for supplying air 16 to the fuel cell stack 77 and discharging exhaust air 15. It comprises a chamber 79 and an air preheater 17 provided in the upper chamber 73 of the module main body 76 and heating the air 16 supplied to the air chamber 79. The air chamber 79 is divided into upper and lower parts by a partition wall 79a. The upper chamber is a discharge air chamber 79b, the lower chamber is a supply air chamber 79c, and the air that communicates the air preheater 17 with the supply air chamber 79c. Supply pipe (inner pipe) 80
And an air discharge pipe (outer pipe) which covers the periphery of the air supply pipe 80 and communicates with the intermediate chamber 74 provided between the upper chamber 73 and the lower chamber 75 of the module body 76 and the exhaust air chamber 79b. ) 81 are provided to form a double pipe structure.

【0033】ここで、本実施の形態では、上記モジュー
ル本体76をガス不透過性の隔壁71,72により区分
けした上部部屋73を空気予熱室とし、下部部屋75を
燃料電池スタック77を収納するスタック室としてお
り、中間部屋74は排空気15を一時的に貯留する排空
気溜室としている。
Here, in this embodiment, the upper chamber 73 divided by the gas-impermeable partition walls 71 and 72 serves as an air preheating chamber, and the lower chamber 75 contains a fuel cell stack 77 in the present embodiment. The intermediate room 74 is an exhaust air storage chamber for temporarily storing the exhaust air 15.

【0034】そして、空気予熱器17により予熱された
空気16を空気供給管80を介して供給空気室79cへ
導入すると共に、排空気室79bからの排空気15を空
気排出管81を介して中間部屋74へ送るようにしてい
る。また、燃料電池スタック77からの燃料排ガス12
は下部部屋75に排出されるが、循環利用され燃料予熱
器18へ導入され、その後リサイクルライン21により
その一部は新規供給される燃料20と混合して再利用さ
れる。排空気15は空気予熱器17で新規供給される空
気25を予熱した後、外部に排出され、その一部はリサ
イクルライン26で空気の予熱に利用し、残りは燃焼器
18に導入されて燃料排ガス12と共に燃焼して、ここ
で高温の排ガス29を発生させ、排ガスラインを介して
ガス発電手段30へ供給することができる。この結果、
排ガスボイラ31では高温のスチームを得ることができ
発電効率が向上する。
Then, the air 16 preheated by the air preheater 17 is introduced into the supply air chamber 79c through the air supply pipe 80, and the exhaust air 15 from the exhaust air chamber 79b is interposed through the air exhaust pipe 81. It is sent to room 74. Further, the fuel exhaust gas 12 from the fuel cell stack 77
Is discharged to the lower chamber 75, is recycled and introduced into the fuel preheater 18, and then a part thereof is mixed with the newly supplied fuel 20 and recycled by the recycle line 21. The exhaust air 15 is preheated to newly supplied air 25 by an air preheater 17 and then discharged to the outside. A part of the exhaust air 15 is used for preheating air in a recycle line 26, and the rest is introduced into a combustor 18 to be fueled. Combustion with the exhaust gas 12 generates a high-temperature exhaust gas 29 here, which can be supplied to the gas power generation means 30 via the exhaust gas line. As a result,
In the exhaust gas boiler 31, high-temperature steam can be obtained, and power generation efficiency is improved.

【0035】また、中間部屋75である排空気15を一
時的に貯留する排空気溜室を、上部部屋73である空気
予熱室の下部側に設けているので、空気予熱器17下部
全体を保温できる。
Further, since the exhaust air storage chamber which temporarily stores the exhaust air 15 which is the intermediate chamber 75 is provided below the air preheating chamber which is the upper chamber 73, the entire lower portion of the air preheater 17 is kept warm. it can.

【0036】本実施の形態では、図8に示すように、上
記燃料電池スタック77は、発電膜を起立した状態でイ
ンタコネクタを交互に介して少量(例えば9段)列設し
てサブスタック77を構成してなり、該サブスタック同
士を集電部材(図示せず)を用いて複数列(例えば10
列)交互に連結して貨車状横置スタックとしたものとし
ている。また、本実施の形態においては、上記スタック
77の両側に設けた空気室79は、上記空気予熱器17
により高温に予熱された空気16が空気供給管(内管)
80を介して内部に供給されると共に、電池反応後の斜
め上方へ排出される排空気15を空気排出管(外管)8
1を介して中間部屋74の排空気溜室へ送り、ここで貯
留された排空気15は空気予熱器17で新規空気25の
加熱をし、その後、外部へ該燃焼排ガス28はその後空
気予熱器23に導入され、外部から導入される空気20
と熱交換している。このように、空気16の供給及び排
空気15の排出を2重管(空気供給管80,空気排出管
81)を介して行うため、特別な装置を必要とせずに排
空気の熱を供給空気の昇温に利用でき、当該部分に熱交
換器の機能を賦与することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the fuel cell stack 77 is arranged in a small number (for example, 9 stages) of the sub-stacks 77 alternately with interconnectors in a state where the power generation films are erected. The sub stacks are arranged in a plurality of rows (for example, 10 rows) using a current collecting member (not shown).
Row) and alternately connected to form a wagon-shaped horizontal stack. Further, in the present embodiment, the air chamber 79 provided on both sides of the stack 77 is provided with the air preheater 17.
The air 16 preheated to a high temperature by the air supply pipe (inner pipe)
The exhaust air 15 is supplied to the inside through the outlet 80 and discharged obliquely upward after the battery reaction.
1 to the exhaust air storage chamber of the intermediate room 74, where the exhaust air 15 stored therein is heated by the air preheater 17 to the new air 25, and thereafter, the combustion exhaust gas 28 is discharged to the outside. 23 is introduced into the outside air 20
Heat exchange. As described above, since the supply of the air 16 and the discharge of the exhaust air 15 are performed through the double pipes (the air supply pipe 80 and the air exhaust pipe 81), the heat of the exhaust air is supplied without using any special device. And the function of a heat exchanger can be imparted to the portion.

【0037】[第6の実施の形態]本発明の第6の実施
の形態を図9を用いて説明する。図9は図1の燃料電池
発電システムの応用例を示す。
[Sixth Embodiment] A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows an application example of the fuel cell power generation system of FIG.

【0038】図1に示す第1の実施の形態では、新規供
給する燃料と空気とを両方とも予熱したものであるが、
本実施の形態では、新規供給する空気のみを予熱するシ
ステム例を示す。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the newly supplied fuel and air are both preheated.
In this embodiment, an example of a system for preheating only newly supplied air will be described.

【0039】図9に示すように、本実施の形態にかかる
燃料電池発電システムは、固体電解質10の両側に燃料
極10aと空気極10bとを備えてなる燃料電池11
と、上記燃料極10aからの燃料排ガス12と空気予熱
器17からの排空気15とを燃焼させる燃焼器18と、
該燃焼器18での燃焼後の排ガス29の熱を利用して新
規導入される燃料20の加熱を行う燃料予熱器14と、
該燃料予熱器14からの排ガス29の熱を利用して空気
の加熱を行う空気予熱器17と、該空気予熱器17から
の排ガス29の一部を外部から空気ブロワ24により供
給される新規空気25へ導入するリサイクルライン26
と、新規空気25と排ガス29とが混合されて温度が上
昇した混合空気27を空気予熱器17へ供給する空気リ
サイクルブロワ28と、上記空気予熱器17からの排ガ
ス29を用いて発電を行う排ガス発電手段30とを備え
たものである。上記排ガス発電手段30は、いわゆるボ
トミングサイクルと称されており、排ガスボイラ31と
スチームタービン32と発電機33と復水器34と給水
ポンプ35とから構成されており、上記排ガスボイラ3
1からの排出される低温の排ガス36は煙突37から外
部へ排出している。
As shown in FIG. 9, the fuel cell power generation system according to the present embodiment has a fuel cell 11 having a fuel electrode 10a and an air electrode 10b on both sides of a solid electrolyte 10.
A combustor 18 for burning the fuel exhaust gas 12 from the fuel electrode 10a and the exhaust air 15 from the air preheater 17;
A fuel preheater 14 that heats newly introduced fuel 20 using heat of exhaust gas 29 after combustion in the combustor 18;
An air preheater 17 for heating the air by using the heat of the exhaust gas 29 from the fuel preheater 14, and new air supplied from the outside by a part of the exhaust gas 29 from the air preheater 17 by the air blower 24. Recycling line 26 introduced to 25
And an air recycle blower 28 that supplies mixed air 27 whose temperature has risen by mixing new air 25 and exhaust gas 29 to the air preheater 17, and an exhaust gas that uses the exhaust gas 29 from the air preheater 17 to generate power And a power generation means 30. The exhaust gas power generation means 30 is referred to as a so-called bottoming cycle, and includes an exhaust gas boiler 31, a steam turbine 32, a generator 33, a condenser 34, and a water supply pump 35.
The low-temperature exhaust gas 36 discharged from 1 is discharged from a chimney 37 to the outside.

【0040】上記システムにおいて、燃料電池本体11
の燃料極10aから排出した燃料排ガス(1040℃)
12と空気予熱器17からの排空気(1040℃)15
とを燃焼器18で燃焼させることにより、高温の排ガス
(1500℃)を得ることができ、燃料予熱器14及び
空気予熱器17で順次燃料20及び空気を予熱し、排ガ
ス29の温度が830℃と下がるものの、該排ガスをリ
サイクルライン26により、新規導入される空気25と
混合させることにより、混合空気の温度を650℃と向
上させ、空気予熱器での熱交換の負荷を低減させるよう
にしている。また、ボトミングサイクルにおける排ガス
発電手段30の発電効率も向上させるようにしている。
なお、燃料予熱器14及び空気予熱器17は高温(12
00℃以上)の熱交換をする場合には、例えばセラミッ
クスの熱交換器を使用するようにすればよい。
In the above system, the fuel cell body 11
Exhaust gas (1040 ° C) discharged from the fuel electrode 10a
12 and air exhausted from the air preheater 17 (1040 ° C.) 15
Is burned in the combustor 18 to obtain a high-temperature exhaust gas (1500 ° C.). The fuel 20 and the air are preheated sequentially by the fuel preheater 14 and the air preheater 17, and the temperature of the exhaust gas 29 becomes 830 ° C. However, by mixing the exhaust gas with the newly introduced air 25 through the recycling line 26, the temperature of the mixed air is increased to 650 ° C., and the load of heat exchange in the air preheater is reduced. I have. Further, the power generation efficiency of the exhaust gas power generation means 30 in the bottoming cycle is also improved.
In addition, the fuel preheater 14 and the air preheater 17
In the case of performing heat exchange of (00 ° C. or more), for example, a ceramic heat exchanger may be used.

【0041】<試験例2>本発明の効果を実証するため
の本発明と従来技術との発電システムへ供給するヒート
マスバランスについて、次に説明する。図10は図9に
示す発電システムの空気側のヒートマスバランスマップ
の一例である。ここで、図10中、Tは温度(℃)を示
す。
<Test Example 2> The heat mass balance supplied to the power generation system of the present invention and the prior art for verifying the effect of the present invention will be described below. FIG. 10 is an example of an air side heat mass balance map of the power generation system shown in FIG. Here, in FIG. 10, T indicates a temperature (° C.).

【0042】図10(a)は本発明の試験品であり、図
10(b)は図13に示した比較例の比較品である。シ
ステム構成は両者同一とし、燃料電池の空気極からの排
空気15を排ガスボイラ31へ供給する前にリサイクル
ライン26Aで循環する試験システムと(図10
(a))、排ガスボイラ31の前流側ではリサイクルラ
インを設けずに、排ガスボイラ31の後流側でリサイク
ルライン26Bを設け、空気予熱器17へリサイクルし
た従来システム(図10(b))とを比較した。条件均
一化のために、両者のリサイクルする循環量は同一と
し、空気予熱器の熱交換の熱貫流率は30Kcal/m2h℃と
一定とし、排ガス組成も空気のままとしている。なお、
空気予熱器17へ供給される排空気15の温度は110
0℃と鉄製の熱交換器で熱交換可能な温度としている点
が図9と異なる。その結果を表2に示す。
FIG. 10A shows a test product of the present invention, and FIG. 10B shows a comparative product of the comparative example shown in FIG. The test system circulates through a recycling line 26A before supplying exhaust air 15 from the cathode of the fuel cell to the exhaust gas boiler 31 (FIG. 10).
(A)) A conventional system in which a recycling line is not provided on the upstream side of the exhaust gas boiler 31 but a recycling line 26B is provided on the downstream side of the exhaust gas boiler 31 and recycled to the air preheater 17 (FIG. 10B). And compared. In order to make the conditions uniform, the circulation amounts of the two are set to be the same, the heat transfer coefficient of the heat exchange of the air preheater is kept constant at 30 Kcal / m 2 h ° C., and the exhaust gas composition is kept as air. In addition,
The temperature of the exhaust air 15 supplied to the air preheater 17 is 110
FIG. 9 differs from FIG. 9 in that the temperature is set to 0 ° C. and a temperature at which heat can be exchanged by an iron heat exchanger. Table 2 shows the results.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】表2及び図10(a)に示すように、空気
予熱器17から排出された直後の排空気15をリサイク
ルライン26Aで再循環させる場合には、ボトミングサ
イクル側の効率である排ガスボイラでの温水製造量が比
較例に比べて1.5倍以上に向上し、しかも空気予熱器1
7及び排ガスボイラの必要電熱面積の総合量も9.41m
2 と極めて少なくてよいことが判明した。
As shown in Table 2 and FIG. 10 (a), when the exhaust air 15 immediately after being discharged from the air preheater 17 is recirculated through the recycling line 26A, the exhaust gas boiler, which is the efficiency on the bottoming cycle side, is used. The production of hot water at the plant is more than 1.5 times higher than that of the comparative example.
The total amount of the required electric heating area of 7 and the exhaust gas boiler is also 9.41m
It turned out that it was only 2 and very few.

【0045】[第7の実施の形態]本発明の第7の実施
の形態を図11を用いて説明する。図11は燃料電池発
電システムの概略図である。図9に示す第6の実施の形
態にかかるシステムでは新規供給する空気25と排ガス
29との混合はラインを接続して自然混合したものをリ
サイクルブロワ28により、空気予熱器17へ導くよう
にしているが、図11に示す本実施の形態では、新規空
気29と排ガス29との混合をエジュクタを用いて強制
的に混合し、且つ予熱器へ送給するシステムとするもの
である。なお、その他の構成は図9と同様であるので、
図9と同一符号を付して、その説明は省略する。
[Seventh Embodiment] A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system. In the system according to the sixth embodiment shown in FIG. 9, the newly supplied air 25 and the exhaust gas 29 are mixed by connecting a line, and the natural mixture is guided to the air preheater 17 by the recycle blower 28. However, in the present embodiment shown in FIG. 11, a system is used in which the mixing of the new air 29 and the exhaust gas 29 is forcibly mixed using an ejector and is supplied to a preheater. The other configuration is the same as that of FIG.
The same reference numerals as those in FIG. 9 are used and the description thereof is omitted.

【0046】図11に示すように、本システムにおいて
は、排ガス29と新規供給空気25との混合をエジェク
タ38を用いて行うようにしている。このようにエジェ
クタ38を用いることにより、既存のリサイクルブロワ
が使えない高温領域でのガスリサイクルが可能となる。
As shown in FIG. 11, in the present system, the exhaust gas 29 and the newly supplied air 25 are mixed using an ejector 38. By using the ejector 38 in this manner, gas can be recycled in a high-temperature region where an existing recycling blower cannot be used.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上述べたように、[請求項1]の発明
によれば、固体電解質を用いた燃料電池の発電システム
において、燃料電池本体の空気極から排出した排空気を
空気予熱器の熱交換の熱として利用した後、その一部を
供給される空気と混合して該空気を予熱して再利用に供
すると共に、燃料電池本体の燃料極から排出した燃料排
ガスを燃料予熱器の熱交換の熱として利用した後、その
一部を供給される燃料と混合して該燃料を予熱して再利
用に供するので、燃料及び空気の効率的な予熱ができ
る。また、燃料利用率の向上も可能となる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, in the fuel cell power generation system using the solid electrolyte, the exhaust air discharged from the air electrode of the fuel cell body is supplied to the air preheater. After using it as heat for heat exchange, a part of it is mixed with supplied air to preheat the air and reuse it, and the fuel exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell body is heated by the fuel preheater. After being used as the heat of exchange, a part of the fuel is mixed with the supplied fuel and the fuel is preheated and reused, so that the fuel and the air can be efficiently preheated. Further, the fuel utilization can be improved.

【0048】[請求項2]の発明によれば、請求項1に
おいて、上記混合後の空気を空気循環ブロワにより空気
予熱器へ送給すると共に、上記混合後の燃料を燃料循環
ブロワにより燃料予熱器へ送給するので、熱交換後のガ
スは低温となっており、低温のブロワで送給が可能とな
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the mixed air is supplied to an air preheater by an air circulation blower, and the mixed fuel is preheated by a fuel circulation blower. Since the gas is sent to the vessel, the temperature of the gas after heat exchange is low, and the gas can be sent by a low-temperature blower.

【0049】[請求項3]の発明によれば、請求項1に
おいて、上記供給空気と排空気との混合をエジェクタに
より行いつつ空気予熱器へ送給すると共に、上記供給燃
料と燃料排ガスとの混合をエジェクタにより行いつつ燃
料予熱器へ送給するので、既存のリサイクルブロワが使
えない高温領域でのガスリサイクルが可能となる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the supply air and the exhaust air are supplied to an air preheater while mixing the supply air and the exhaust air by an ejector. Since the fuel is supplied to the fuel preheater while mixing is performed by the ejector, gas can be recycled in a high-temperature region where an existing recycling blower cannot be used.

【0050】[請求項4]の発明によれば、請求項2又
は3において、上記空気予熱器により予熱された空気を
空気極へ供給する前に少量の燃料を導入し、燃料電池反
応温度まで加熱すると共に、上記燃料予熱器により予熱
された燃料を燃料極へ供給する前に少量の空気を導入
し、燃料電池反応温度まで加熱するので、伝熱面積の大
きな交換器を備えることなく燃料電池の効率的なガス温
度まで容易に上昇させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, a small amount of fuel is introduced before supplying the air preheated by the air preheater to the air electrode to reduce the fuel cell reaction temperature. In addition to heating, a small amount of air is introduced before the fuel preheated by the fuel preheater is supplied to the fuel electrode, and heated to the fuel cell reaction temperature, so that the fuel cell can be provided without a heat exchanger having a large heat transfer area. Can be easily raised to an efficient gas temperature.

【0051】[請求項5]の発明によれば、請求項1に
おいて、上記空気の予熱に利用した排空気の残りと、上
記燃料の予熱に利用した燃料排ガスの残りとを混合して
燃焼させる燃焼器を備えたので、残りの燃料排ガス及び
排空気とを燃焼器で燃焼させて高温の燃焼排ガスを得る
ことができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the remainder of the exhaust air used for preheating the air and the remainder of the fuel exhaust gas used for preheating the fuel are mixed and burned. Since the combustor is provided, the remaining fuel exhaust gas and exhaust air can be burned in the combustor to obtain high-temperature combustion exhaust gas.

【0052】[請求項6]の発明によれば、請求項5に
おいて、上記燃焼器からの燃焼後の排ガスを発電手段の
熱源として利用するので、残りの燃料排ガス及び排空気
は燃焼器で燃焼され、高温の燃焼排ガスがボトミングサ
イクルにおける排ガス発電手段での発電効率の向上に寄
与する。
According to the invention of claim 6, in claim 5, the exhaust gas after combustion from the combustor is used as a heat source of the power generation means, so that the remaining fuel exhaust gas and exhaust air are burned in the combustor. Thus, the high-temperature combustion exhaust gas contributes to the improvement of the power generation efficiency of the exhaust gas power generation means in the bottoming cycle.

【0053】[請求項7]の発明によれば、固体電解質
を用いた燃料電池の発電システムにおいて、燃料電池本
体の空気極から排出した排空気と燃料電池本体の燃料極
から排出した燃料排ガスとを燃焼器で燃焼させ、高温の
排ガスを供給する空気及び燃料の予熱にそれぞれ用いた
後、その燃焼排ガスの一部を供給される空気と混合して
該空気を予熱して再利用するので、空気の効率的な予熱
ができ、熱交換器のコンパクト化を図ることがでる。
According to the invention of claim 7, in the fuel cell power generation system using the solid electrolyte, the exhaust air discharged from the air electrode of the fuel cell body and the fuel exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell body are Is burned in a combustor and used for preheating air and fuel for supplying high-temperature exhaust gas, respectively, and then a part of the combustion exhaust gas is mixed with supplied air to preheat the air and reuse it. The air can be efficiently preheated, and the heat exchanger can be made more compact.

【0054】[請求項8]の発明によれば、請求項7に
おいて、上記混合後の空気を空気循環ブロワにより空気
予熱器へ送給するので、熱交換後のガスが低温の場合、
低温のブロワで送給が可能となる。
According to the eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the mixed air is supplied to the air preheater by the air circulation blower.
Feeding is possible with a low-temperature blower.

【0055】[請求項9]の発明によれば、請求項7に
おいて、上記供給空気と排空気との混合をエジェクタに
より行いつつ空気予熱器へ送給するので、既存のリサイ
クルブロワが使えない高温領域でのガスリサイクルが可
能となる。
According to the ninth aspect of the present invention, in the seventh aspect, since the supply air and the exhaust air are supplied to the air preheater while being mixed by the ejector, the high temperature at which the existing recycling blower cannot be used. Gas recycling in the area becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態の燃料電池発電システムの概
略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a first embodiment.

【図2】図1に示す発電システムのヒートマスバランス
マップ図である。
FIG. 2 is a heat mass balance map of the power generation system shown in FIG.

【図3】第2の実施の形態の燃料電池発電システムの概
略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a second embodiment.

【図4】第3の実施の形態の燃料電池発電システムの概
略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a third embodiment.

【図5】第4の実施の形態の燃料電池発電システムの概
略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a fourth embodiment.

【図6】第4の実施の形態のスタックの斜視図図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view of a stack according to a fourth embodiment.

【図7】第5の実施の形態の燃料電池発電システムの概
略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a fifth embodiment.

【図8】第5の実施の形態のスタックの斜視図図であ
る。
FIG. 8 is a perspective view of a stack according to a fifth embodiment.

【図9】第6の実施の形態の燃料電池発電システムの概
略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a sixth embodiment.

【図10】図9に示す発電システムのヒートマスバラン
スマップ図である。
10 is a heat mass balance map of the power generation system shown in FIG.

【図11】第7の実施の形態の燃料電池発電システムの
概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a fuel cell power generation system according to a seventh embodiment.

【図12】従来技術の燃料電池発電システムの概略図で
ある。
FIG. 12 is a schematic view of a conventional fuel cell power generation system.

【図13】従来技術の燃料電池発電システムの概略図で
ある。
FIG. 13 is a schematic diagram of a conventional fuel cell power generation system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 固体電解質 10a 燃料極 10b 空気極 11 燃料電池 12 燃料排ガス 13 燃料 14 燃料予熱器 15 排空気 16 空気 17 空気予熱器 18 燃焼器 19 燃料ブロワ 20 新規燃料 21 リサイクルライン 22 混合燃料 23 燃料リサイクルブロワ 24 空気ブロワ 25 新規空気 26 リサイクルライン 27 混合空気 28 空気リサイクルブロワ 29 燃焼排ガス 30 排ガス発電手段 31 排ガスボイラ 32 スチームタービン 33 発電機 34 復水器 35 給水ポンプ REFERENCE SIGNS LIST 10 solid electrolyte 10 a fuel electrode 10 b air electrode 11 fuel cell 12 fuel exhaust gas 13 fuel 14 fuel preheater 15 exhaust air 16 air 17 air preheater 18 combustor 19 fuel blower 20 new fuel 21 recycling line 22 mixed fuel 23 fuel recycling blower 24 Air blower 25 New air 26 Recycling line 27 Mixed air 28 Air recycling blower 29 Combustion exhaust gas 30 Exhaust gas power generation means 31 Exhaust gas boiler 32 Steam turbine 33 Generator 34 Condenser 35 Water pump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池本 泰彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA19 BC19 DD02  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yasuhiko Ikemoto 1-1-1, Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo F-term in Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA19 BC19 DD02

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質を用いた燃料電池の発電シス
テムにおいて、 燃料電池本体の空気極から排出した排空気を空気予熱器
の熱交換の熱として利用した後、その一部を供給される
空気と混合して該空気を予熱して再利用に供すると共
に、 燃料電池本体の燃料極から排出した燃料排ガスを燃料予
熱器の熱交換の熱として利用した後、その一部を供給さ
れる燃料と混合して該燃料を予熱して再利用に供するこ
とを特徴とする燃料電池発電システム。
In a power generation system for a fuel cell using a solid electrolyte, exhaust air discharged from an air electrode of a fuel cell body is used as heat for heat exchange of an air preheater, and a part of the air is supplied. And preheats the air for reuse, and uses the fuel exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell body as heat for heat exchange of the fuel preheater, and then uses a part of the fuel for the supplied fuel. A fuel cell power generation system wherein the fuel is mixed, preheated, and reused.
【請求項2】 請求項1において、 上記混合後の空気を空気循環ブロワにより空気予熱器へ
送給すると共に、上記混合後の燃料を燃料循環ブロワに
より燃料予熱器へ送給することを特徴とする燃料電池発
電システム。
2. The method according to claim 1, wherein the mixed air is supplied to an air preheater by an air circulation blower, and the mixed fuel is supplied to a fuel preheater by a fuel circulation blower. Fuel cell power generation system.
【請求項3】 請求項1において、 上記供給空気と排空気との混合をエジェクタにより行い
つつ空気予熱器へ送給すると共に、上記供給燃料と燃料
排ガスとの混合をエジェクタにより行いつつ燃料予熱器
へ送給することを特徴とする燃料電池発電システム。
3. The fuel preheater according to claim 1, wherein the supply air and the exhaust air are supplied to an air preheater while being mixed by an ejector, and the supply fuel and the fuel exhaust gas are mixed by an ejector. A fuel cell power generation system characterized in that the fuel cell power is supplied to a fuel cell power generation system.
【請求項4】 請求項2又は3において、 上記空気予熱器により予熱された空気を空気極へ供給す
る前に少量の燃料を導入し、燃料電池反応温度まで加熱
すると共に、上記燃料予熱器により予熱された燃料を燃
料極へ供給する前に少量の空気を導入し、燃料電池反応
温度まで加熱することを特徴とする燃料電池発電システ
ム。
4. The method according to claim 2, wherein a small amount of fuel is introduced before the air preheated by the air preheater is supplied to the air electrode, the fuel is heated to a fuel cell reaction temperature, and the fuel preheater is used. A fuel cell power generation system characterized in that a small amount of air is introduced before supplying preheated fuel to a fuel electrode and heated to a fuel cell reaction temperature.
【請求項5】 請求項1において、 上記空気の予熱に利用した排空気の残りと、上記燃料の
予熱に利用した燃料排ガスの残りとを混合して燃焼させ
る燃焼器を備えたことを特徴とする燃料電池発電システ
ム。
5. The combustor according to claim 1, further comprising a combustor for mixing and burning the remainder of the exhaust air used for preheating the air and the rest of the fuel exhaust gas used for preheating the fuel. Fuel cell power generation system.
【請求項6】 請求項5において、 上記燃焼器からの燃焼後の排ガスを発電手段の熱源とし
て利用することを特徴とする燃料電池発電システム。
6. The fuel cell power generation system according to claim 5, wherein the exhaust gas after combustion from the combustor is used as a heat source of a power generation unit.
【請求項7】 固体電解質を用いた燃料電池の発電シス
テムにおいて、 燃料電池本体の空気極から排出した排空気と燃料電池本
体の燃料極から排出した燃料排ガスとを燃焼器で燃焼さ
せ、高温の排ガスを供給する空気及び燃料の予熱にそれ
ぞれ用いた後、その燃焼排ガスの一部を供給される空気
と混合して該空気を予熱して再利用するとことを特徴と
する燃料電池発電システム。
7. A fuel cell power generation system using a solid electrolyte, wherein a combustor combusts exhaust air discharged from an air electrode of the fuel cell body and fuel exhaust gas discharged from a fuel electrode of the fuel cell body to generate a high-temperature fuel. A fuel cell power generation system characterized in that after exhaust gas is used for preheating air and fuel, a part of the combustion exhaust gas is mixed with supplied air to preheat and reuse the air.
【請求項8】 請求項7において、 上記混合後の空気を空気循環ブロワにより空気予熱器へ
送給することを特徴とする燃料電池発電システム。
8. The fuel cell power generation system according to claim 7, wherein the mixed air is supplied to an air preheater by an air circulation blower.
【請求項9】 請求項7において、 上記供給空気と排空気との混合をエジェクタにより行い
つつ空気予熱器へ送給することを特徴とする燃料電池発
電システム。
9. The fuel cell power generation system according to claim 7, wherein the supply air and the exhaust air are supplied to an air preheater while being mixed by an ejector.
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