JP2001085036A - Fuel cell device and turbine facility - Google Patents
Fuel cell device and turbine facilityInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、改質器及び燃料電
池を備えた燃料電池装置及びこの燃料電池装置を有する
タービン設備に関する。The present invention relates to a fuel cell device provided with a reformer and a fuel cell, and a turbine equipment having the fuel cell device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般的な燃料電池装置は、化学触媒を備
えた改質器及び燃料電池を備え、メタン等を含む燃料
（例えばLNG 気化ガス）が高温（例えば950 ℃) におい
て改質器で改質されて水素が製造され、水素と空気を燃
料電池に投入して電気化学反応によって電力を得るよう
になっている。燃料電池には圧縮機で圧縮された圧縮空
気が投入される。燃料電池からの高温（例えば850 ℃)
の排気（CO2 及びH2O)は改質器に送られ、改質器を高温
に保つ温度制御が行なわれるようになっている。また、
圧縮機で圧縮された空気の一部により燃料電池の冷却が
行なわれる。2. Description of the Related Art A general fuel cell apparatus includes a reformer equipped with a chemical catalyst and a fuel cell. When a fuel containing methane or the like (eg, LNG vaporized gas) is heated at a high temperature (eg, 950 ° C.), the reformer is used. Hydrogen is produced by reforming, and hydrogen and air are supplied to a fuel cell to obtain electric power by an electrochemical reaction. Compressed air compressed by the compressor is supplied to the fuel cell. High temperature from fuel cell (eg 850 ° C)
The exhaust gas (CO 2 and H 2 O) is sent to a reformer, and temperature control for keeping the reformer at a high temperature is performed. Also,
The fuel cell is cooled by a part of the air compressed by the compressor.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述した燃料電池装置
では、大気を圧縮機で圧縮した高圧の空気を燃料電池の
作動に用いているので、燃料電池の高効率化を図るため
の条件（作動空気を高圧化したり酸素含有量を増量する
こと）を確保できなかった。また、改質器の温度制御を
燃料電池からの排気のみで行なっているので、起動時や
負荷変動時に化学反応の遅れや渋滞が生じ改質が安定し
ない欠点があった。In the above-described fuel cell device, high-pressure air obtained by compressing the atmosphere with a compressor is used for the operation of the fuel cell. Pressure of air or increasing the oxygen content). In addition, since the temperature control of the reformer is performed only by the exhaust gas from the fuel cell, there is a disadvantage that the chemical reaction is delayed or congested at the time of start-up or load fluctuation, and the reforming is not stabilized.
【０００４】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、燃料電池の高効率化が図れ改質器による改質が安定
して行なえる燃料電池装置を提供することを目的とす
る。また、この燃料電池装置を有するタービン設備を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell device capable of improving the efficiency of a fuel cell and stably performing reforming by a reformer. It is another object of the present invention to provide a turbine facility having the fuel cell device.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の燃料電池装置の構成は、空気及び改質器から
の改質ガスが投入されることにより電気化学反応により
電力を得る燃料電池の周囲に流体通路を設け、流体通路
に加圧空気が投入される投入口を備えると共に、流体通
路を流通して燃料電池を冷却した加圧空気を燃料電池の
作動空気として投入する排出口を流体通路に備えたこと
を特徴とする。According to the present invention, there is provided a fuel cell apparatus comprising: a fuel cell for obtaining electric power by an electrochemical reaction by supplying air and a reformed gas from a reformer; A fluid passage is provided around the cell, and an inlet is provided for introducing pressurized air into the fluid passage, and an outlet through which pressurized air flowing through the fluid passage and cooling the fuel cell is introduced as working air for the fuel cell. Is provided in the fluid passage.
【０００６】また、上記目的を達成するための本発明の
燃料電池装置の構成は、燃料を改質する改質器を備える
と共に、空気及び改質器からの改質ガスが投入されるこ
とにより電気化学反応により電力を得る燃料電池を備
え、改質器及び燃料電池を圧力容器に収容し、圧力容器
の周囲に流体通路を設け、流体通路に加圧空気が投入さ
れる投入口を備えると共に、流体通路を流通して改質器
及び燃料電池との間で熱交換された加圧空気を燃料電池
の作動空気として投入する排出口を流体通路に備えたこ
とを特徴とする。The fuel cell device according to the present invention for achieving the above object has a reformer for reforming fuel and is supplied with air and reformed gas from the reformer. A fuel cell that obtains electric power by an electrochemical reaction is provided, the reformer and the fuel cell are housed in a pressure vessel, a fluid passage is provided around the pressure vessel, and an inlet through which pressurized air is introduced into the fluid passage is provided. The fluid passage is provided with an outlet through which pressurized air that has been heat-exchanged between the reformer and the fuel cell through the fluid passage is introduced as working air for the fuel cell.
【０００７】また、上記目的を達成するための本発明の
燃料電池装置の構成は、燃料を改質する改質器を備える
と共に、空気及び改質器からの改質ガスが投入されるこ
とにより電気化学反応により電力を得る燃料電池を備
え、燃料電池の排気を燃料と共に燃焼させて改質器の加
熱を行う起動燃焼器を設け、改質器及び燃料電池燃焼器
を圧力容器に収容し、圧力容器の周囲に流体通路を設
け、燃焼器の排気管を流体通路に貫通し、流体通路に加
圧空気が投入される投入口を備えると共に、流体通路を
流通して改質器及び燃料電池との間で熱交換されると共
に排気管により加熱された加圧空気を燃料電池の作動空
気として投入する排出口を流体通路に備えたことを特徴
とする。In order to achieve the above object, a fuel cell apparatus according to the present invention is provided with a reformer for reforming fuel and is supplied with air and reformed gas from the reformer. Providing a fuel cell that obtains electric power by an electrochemical reaction, providing a start-up combustor for heating the reformer by burning the exhaust of the fuel cell together with fuel, and housing the reformer and the fuel cell combustor in a pressure vessel, A fluid passage is provided around the pressure vessel, an exhaust pipe of the combustor is penetrated through the fluid passage, and an inlet is provided for introducing pressurized air into the fluid passage, and the reformer and the fuel cell flow through the fluid passage. And a discharge port for introducing pressurized air heated by the exhaust pipe as the working air of the fuel cell while exchanging heat with the fluid passage.
【０００８】そして、燃料電池における改質ガス流路及
び空気流路は発電膜で仕切られた円筒状の室が積層して
形成されたカートリッジからなり、複数のカートリッジ
を取り外し自由として燃料電池を構成したことを特徴と
する。また、流体通路に投入される加圧空気は、液体空
気をポンプにより昇圧させた気化空気であることを特徴
とする。The reformed gas flow path and the air flow path in the fuel cell are composed of a cartridge formed by stacking cylindrical chambers partitioned by a power generation film, and a plurality of cartridges can be freely removed to constitute the fuel cell. It is characterized by having done. Further, the pressurized air supplied to the fluid passage is vaporized air obtained by increasing the pressure of liquid air by a pump.
【０００９】上記目的を達成するための本発明のタービ
ン設備の構成は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項
における燃料電池装置を備えたタービン設備において、
燃料電池の排気を燃料と共に燃焼させる燃焼器が備えら
れ、燃焼器の燃焼ガスによって駆動するガスタービンが
備えられていることを特徴とする。[0009] To achieve the above object, a configuration of a turbine facility according to the present invention is a turbine facility having a fuel cell device according to any one of claims 1 to 5, wherein
A combustor for burning the exhaust gas of the fuel cell together with the fuel is provided, and a gas turbine driven by the combustion gas of the combustor is provided.
【００１０】そして、ポンプで昇圧される液体空気が貯
留される液空タンクが備えられ、液空タンクと上流の液
化システムとの間には液体空気を分離する凝縮器が配置
され、凝縮器で分離した気体空気が大気と共に圧縮され
る圧縮機が設けられると共に圧縮空気が送られる燃焼器
が設けられ、燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタービン
が備えられていることを特徴とする。A liquid empty tank for storing liquid air pressurized by a pump is provided, and a condenser for separating liquid air is disposed between the liquid empty tank and an upstream liquefaction system. A compressor is provided for compressing the separated gaseous air with the atmosphere, a combustor to which the compressed air is sent is provided, and a turbine driven by combustion gas from the combustor is provided.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に
係るタービン設備の概略系統、図２には本発明の一実施
形態例に係る燃料電池装置の全体構成を示してある。FIG. 1 shows a schematic system of a turbine facility according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an overall configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
【００１２】図１に示すように、本実施形態例のタービ
ン設備は、燃料電池装置１を備え、燃料電池装置１には
空気及び調質燃料ffが投入され電力が得られるようにな
っている。燃料電池装置１からの排気は燃焼器２に送ら
れ、燃焼器２には燃料f が投入されて燃焼器２からの燃
焼ガスはガスタービン３で膨張されるようになってい
る。ガスタービン３の排気は再生器４を通って膨張ター
ビン５に送られ、膨張タービン５で膨張される。膨張タ
ービン５の排気は再生器６を通って燃焼器７に送られ、
燃焼器７には燃料f が投入されて燃焼器７からの燃焼ガ
スは低圧ガスタービン８で膨張され、再生器６及び再生
器４を通って煙突９から排出される。尚、図示例では、
燃料電池装置１の排気側にガスタービン３、膨張タービ
ン５及び低圧ガスタービン８を備えているが、２台以下
もしくは４台以上のタービンを備えることも可能であ
る。As shown in FIG. 1, the turbine equipment of the present embodiment is provided with a fuel cell device 1, into which air and conditioned fuel ff are supplied to obtain electric power. . Exhaust gas from the fuel cell device 1 is sent to a combustor 2, and fuel f is introduced into the combustor 2, and combustion gas from the combustor 2 is expanded by a gas turbine 3. The exhaust gas of the gas turbine 3 is sent to the expansion turbine 5 through the regenerator 4 and expanded by the expansion turbine 5. The exhaust gas of the expansion turbine 5 is sent to a combustor 7 through a regenerator 6,
The fuel f is supplied to the combustor 7, and the combustion gas from the combustor 7 is expanded by the low-pressure gas turbine 8 and discharged from the chimney 9 through the regenerator 6 and the regenerator 4. In the example shown,
Although the gas turbine 3, the expansion turbine 5, and the low-pressure gas turbine 8 are provided on the exhaust side of the fuel cell device 1, two or less or four or more turbines can be provided.
【００１３】燃料電池装置１に投入される空気は、液空
タンク１１に貯留された液体空気laを昇圧ポンプ１２で
高圧にし、高圧の液体空気laを液空蒸発器１３で気化さ
せた高圧の気化空気a である。尚、図中の符号で１４は
移送ポンプである。従って、液体空気ａを液相で昇圧ポ
ンプ１２により昇圧するので、小さな動力で高圧空気
（数百ata)を生成することができる。また、液空タンク
１１に貯留された液体空気laはone through 方式で液化
した場合は、酸素濃度を約40wt％の高酸素濃度とするこ
とができる。また、液体空気laを液空蒸発器１３で蒸発
させて送給するため、低温域で幅広い温度範囲（例えば
-140℃〜15℃) の空気温度を自由に設定することができ
る。The air supplied to the fuel cell device 1 is a high-pressure liquid obtained by elevating the pressure of the liquid air la stored in the liquid-air tank 11 by the booster pump 12 and evaporating the high-pressure liquid air la by the liquid-air evaporator 13. The vaporized air is a. Reference numeral 14 in the drawing denotes a transfer pump. Therefore, since the pressure of the liquid air a is raised in the liquid phase by the booster pump 12, high-pressure air (several hundred ata) can be generated with small power. Further, when the liquid air la stored in the liquid empty tank 11 is liquefied by a one-through method, the oxygen concentration can be set to a high oxygen concentration of about 40 wt%. Further, since the liquid air la is evaporated and supplied by the liquid-air evaporator 13, a wide temperature range (for example,
(-140 ℃ ～ 15 ℃) air temperature can be set freely.
【００１４】燃料電池装置１は、燃料電池２１及び燃料
改質反応器（改質器）２２を備え、燃料電池２１と改質
器２２の間には起動燃焼器２３が設けられている。燃料
電池２１、改質器２２及び起動燃焼器２３は格納容器２
４に格納され、格納容器２４には流体通路２５が形成さ
れている。燃料電池２１、改質器２２及び起動燃焼器２
３が格納容器２４に格納されることで、それぞれ高圧力
下で使用して設備をコンパクトにすることができる。燃
料電池２１及び流体通路２５には高圧及び低温の気化空
気が投入され、改質器２２には、混合器２６でLNG 気化
燃料（燃料）fと熱水あるいは蒸気が混合された調質燃
料ffが投入される。調質燃料ffは改質器２２で改質され
た後改質燃料ｇとして燃料電池２１に投入される。尚、
直流の燃料電池２１の電力は、交直変換器２７で交流に
して使用する。The fuel cell device 1 includes a fuel cell 21 and a fuel reforming reactor (reformer) 22, and a starting combustor 23 is provided between the fuel cell 21 and the reformer 22. The fuel cell 21, the reformer 22, and the start-up combustor 23 are
4, a fluid passage 25 is formed in the storage container 24. Fuel cell 21, reformer 22, and starting combustor 2
3 is stored in the storage container 24, so that the equipment can be used under high pressure and the equipment can be made compact. High-pressure and low-temperature vaporized air is introduced into the fuel cell 21 and the fluid passage 25, and the reformed fuel 22, in which the LNG vaporized fuel (fuel) f is mixed with hot water or steam by the mixer 26, is supplied to the reformer 22. Is input. After the reformed fuel ff is reformed in the reformer 22, it is supplied to the fuel cell 21 as reformed fuel g. still,
The direct current power of the fuel cell 21 is converted into AC by the AC / DC converter 27 and used.
【００１５】燃料電池装置１では、燃料電池２１の排気
（例えば800 ℃〜1000℃) で調質燃料ffを水蒸気改質
し、水素を燃料電池２１に供給するよになっている。ま
た、燃料電池２１と改質器２２の間に起動燃焼器２３を
設けることで、改質器２２を常に一定の温度に制御する
ことができる。また、系統の立ち上げの初期（燃料電池
２１がスタンバイ状態あるいは低負荷状態）に燃料改質
を先行安定させる時、起動燃焼器２３でバックアップ
（追い焚き）をして改質器２２を所定温度（例えば800
℃〜1000℃) に保持することができる。In the fuel cell device 1, the reconditioned fuel ff is steam reformed by the exhaust gas of the fuel cell 21 (for example, 800 ° C. to 1000 ° C.), and hydrogen is supplied to the fuel cell 21. Further, by providing the starting combustor 23 between the fuel cell 21 and the reformer 22, the temperature of the reformer 22 can be constantly controlled. Further, when the fuel reforming is pre-stabilized in the early stage of system startup (when the fuel cell 21 is in a standby state or a low load state), the starting combustor 23 backs up (reheats) and sets the reformer 22 to a predetermined temperature. (For example, 800
(° C to 1000 ° C).
【００１６】図２に基づいて燃料電池装置１を詳細に説
明する。図に示すように、格納容器２４内には燃料電池
２１、改質器２２及び起動燃焼器２３が格納され、格納
容器２４の周囲には流体通路２５が形成されている。格
納容器２４の内部は隔壁３１により燃料電池２１及び起
動燃焼器２３側の室３２と、改質器２２側の室３３とに
区画されている。起動燃焼器２３には燃料電池２１の排
気が送られると共に燃料f が投入され、起動燃焼器２３
の排気伝熱管３４は改質器２２及び流体通路２５を貫通
して燃焼器２に連通している。つまり、改質器２２及び
流体通路２５内の流体は燃料電池２１の排気もしくは起
動燃焼器２３の燃焼ガスにより加熱されるようになって
いる。The fuel cell device 1 will be described in detail with reference to FIG. As shown in the figure, a fuel cell 21, a reformer 22, and a starting combustor 23 are stored in a storage container 24, and a fluid passage 25 is formed around the storage container 24. The inside of the storage container 24 is partitioned by a partition wall 31 into a chamber 32 on the fuel cell 21 and starting combustor 23 side and a chamber 33 on the reformer 22 side. The exhaust of the fuel cell 21 is sent to the starting combustor 23 and the fuel f is supplied thereto.
The exhaust heat transfer tube 34 is connected to the combustor 2 through the reformer 22 and the fluid passage 25. That is, the fluid in the reformer 22 and the fluid passage 25 is heated by the exhaust gas of the fuel cell 21 or the combustion gas of the starting combustor 23.
【００１７】流体通路２５の上部には高圧の気化空気a
の一部が容器冷却空気a1として投入される投入口３５が
設けられ、流体通路２５の下部には流体通路２５を流通
した容器冷却空気a1を排出し作動空気a11 として燃料電
池２１に投入する排出口３６が設けられている。排出口
３６の上部の流体通路２５は壁３７で仕切られ、流体通
路２５から容器冷却空気a1の一部が改質器２２の周囲に
流通制御される。つまり、流体通路２５及び改質器２２
を流通する容器冷却空気a1は、格納容器２４を冷却（燃
料電池２１及び改質器２２を冷却、即ち、熱交換）する
と共に排気伝熱管３４で加熱されて排出口３６から排出
される。一方、室３２内には高圧の気化空気ａの一部が
容器冷却空気a2として投入され、燃料電池２１を直接冷
却（熱交換）して作動空気a11 に合流される。更に、高
圧の気化空気a の一部が作動空気a11 に合流されて燃料
電池２１に投入される。In the upper part of the fluid passage 25, high-pressure vaporized air a
An inlet 35 into which a part of the container cooling air a1 is introduced is provided. The container cooling air a1 flowing through the fluid passage 25 is discharged below the fluid passage 25, and is discharged into the fuel cell 21 as working air a11. An outlet 36 is provided. The fluid passage 25 above the discharge port 36 is partitioned by a wall 37, and a part of the container cooling air a <b> 1 from the fluid passage 25 is controlled to flow around the reformer 22. That is, the fluid passage 25 and the reformer 22
Is cooled by cooling the storage container 24 (cooling the fuel cell 21 and the reformer 22, that is, heat exchange), and is heated by the exhaust heat transfer pipe 34 and discharged from the discharge port 36. On the other hand, a part of the high-pressure vaporized air a is introduced into the chamber 32 as container cooling air a2, and directly cools (heat exchanges) the fuel cell 21 to join the working air a11. Further, a part of the high-pressure vaporized air a is merged with the working air a11 and charged into the fuel cell 21.
【００１８】改質器２２側の室３３の一方には燃料投入
口４１が設けられ、室３３の他方には燃料排出口４２が
設けられている。燃料投入口４１からは調質燃料ffが室
３３内に投入され、排気伝熱管３４で予熱された後改質
器２２に導入される。改質器２２で改質された改質燃料
ｇは排気伝熱管３４で加熱された後燃料電池２１に投入
される。尚、図中の符号で４３は、改質燃料ｇの一部を
改質器２２に再循環させるための再循環系統である。A fuel inlet 41 is provided in one of the chambers 33 on the reformer 22 side, and a fuel outlet 42 is provided in the other of the chambers 33. From the fuel inlet 41, the reconditioned fuel ff is injected into the chamber 33, and is preheated by the exhaust heat transfer tube 34, and then is introduced into the reformer 22. The reformed fuel g reformed in the reformer 22 is heated in the exhaust heat transfer tube 34 and then charged into the fuel cell 21. Reference numeral 43 in the drawing denotes a recirculation system for recirculating a part of the reformed fuel g to the reformer 22.
【００１９】従って、高圧の気化空気a の一部が流体通
路２５及び燃料電池２１の周囲を流通して作動空気a11
として燃料電池２１に投入されるので、格納容器２４を
低温に保ち構造強度を確保することができる。また、起
動燃焼器２３を設け、排気伝熱管３４で改質器２２を加
熱するようにしたので、改質器２２を常に一定の温度に
制御することができると共に、燃料改質を先行安定させ
る時に改質器２２を所定温度（例えば800 ℃〜1000℃)
に保持することができる。Therefore, a part of the high-pressure vaporized air a flows around the fluid passage 25 and the fuel cell 21 and the working air a11
As a result, the storage container 24 is kept at a low temperature and the structural strength can be secured. Further, since the starting combustor 23 is provided and the reformer 22 is heated by the exhaust heat transfer tube 34, the reformer 22 can be constantly controlled at a constant temperature, and the fuel reforming is stabilized in advance. Sometimes, the reformer 22 is heated to a predetermined temperature (for example, 800 ° C to 1000 ° C).
Can be held.
【００２０】上述した燃料電池装置１では、液体空気ａ
を液相で昇圧ポンプ１２により昇圧するので、圧縮機で
大気を圧縮するよりも大幅に小さな動力で高圧空気を生
成することができる。また、液空タンク１１に貯留され
た液体空気laは、one through 方式で液化したとき酸素
濃度を大気の21wt％以上（例えば約40wt％）の高酸素濃
度とすることができる。これらによって、燃料電池２１
を効率良い作動条件（高酸素濃度、高圧空気）で作動さ
せることができ発電効率を高めることが可能になる。ま
た、液体空気laを液空蒸発器１３で蒸発させて送給する
ため、低温域で幅広い温度範囲の空気温度を自由に設定
することができる。In the above-described fuel cell device 1, the liquid air a
Is pressurized in the liquid phase by the pressurizing pump 12, so that high-pressure air can be generated with much smaller power than when the atmosphere is compressed by the compressor. When the liquid air la stored in the liquid empty tank 11 is liquefied by a one-through method, the oxygen concentration can be set to a high oxygen concentration of 21 wt% or more (for example, about 40 wt%) of the atmosphere. Thus, the fuel cell 21
Can be operated under efficient operating conditions (high oxygen concentration, high pressure air), and the power generation efficiency can be increased. In addition, since the liquid air la is evaporated and supplied by the liquid air evaporator 13, the air temperature in a wide temperature range can be freely set in a low temperature region.
【００２１】また、起動燃焼器２３を設けたので、改質
器２２を常に一定の温度に制御すると共に、改質器２２
を所定温度に保持することができる。このため、起動時
や負荷変動時に化学反応の遅れや渋滞が生じることがな
くなり、改質器２２による改質を安定して行なうことが
可能になる。Further, since the starting combustor 23 is provided, the reformer 22 is always controlled to a constant temperature, and the reformer 22 is controlled.
Can be maintained at a predetermined temperature. For this reason, the delay of the chemical reaction or the congestion does not occur at the time of startup or load fluctuation, and the reforming by the reformer 22 can be stably performed.
【００２２】図３、図４に基づいて燃料電池装置の他の
実施形態例を説明する。図３には横型の燃料電池装置の
全体構成、図４にはカートリッジセル型の燃料電池を備
えた燃料電池装置の全体構成を示してある。尚、図２に
示した燃料電池装置１の構成部材と同一の部材には同一
符号を付して重複する説明は省略してある。Another embodiment of the fuel cell device will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the overall configuration of a horizontal fuel cell device, and FIG. 4 shows the overall configuration of a fuel cell device having a cartridge cell type fuel cell. The same members as the constituent members of the fuel cell device 1 shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
【００２３】図３に示した横型の燃料電池装置５１は、
燃料改質反応器（改質器）５２が縦方向に配置されてい
る。改質器５２は触媒層保持隔壁５３で覆われ、上部に
触媒集荷フランジ５４が設けられ、下部に触媒排出ホッ
パ５５が設けられている。固形（ペレット状、粒状等）
の触媒は、触媒集荷フランジ５４を介して改質器５２内
に送り込まれ、劣化した触媒は触媒排出ホッパ５５から
排出される。従って、触媒の交換が極めて容易となり、
メンテナンス性が向上する。The horizontal fuel cell device 51 shown in FIG.
A fuel reforming reactor (reformer) 52 is arranged in the vertical direction. The reformer 52 is covered with a catalyst layer holding partition wall 53, a catalyst collecting flange 54 is provided at an upper portion, and a catalyst discharge hopper 55 is provided at a lower portion. Solid (pellet, granular, etc.)
Is sent into the reformer 52 via the catalyst collection flange 54, and the deteriorated catalyst is discharged from the catalyst discharge hopper 55. Therefore, replacement of the catalyst becomes extremely easy,
Maintainability is improved.
【００２４】図４に示したカートリッジセル型の燃料電
池を備えた燃料電池装置６１は、容器６０内に複数のカ
ートリッジ６３を取り外し自在に備えて燃料電池６２が
構成されている。カートリッジ６３は、改質ガス流路及
び空気流路が発電膜で仕切られた円筒状の室で構成さ
れ、上部から空気、円筒周囲から燃料を供給するように
円筒状の室が積層されて形成されている。従って、カー
トリッジ６３の取外し・取付けにより燃料電池６２を交
換することができ、燃料電池６２の交換が極めて容易と
なり、燃料電池装置６１のメンテナンス性が向上する。A fuel cell device 61 having a cartridge cell type fuel cell shown in FIG. 4 has a fuel cell 62 having a plurality of cartridges 63 detachably provided in a container 60. The cartridge 63 includes a cylindrical chamber in which the reformed gas flow path and the air flow path are separated by a power generation film, and is formed by stacking cylindrical chambers so as to supply air from above and fuel from around the cylinder. Have been. Therefore, the fuel cell 62 can be replaced by removing / attaching the cartridge 63, the replacement of the fuel cell 62 becomes extremely easy, and the maintainability of the fuel cell device 61 is improved.
【００２５】図５に基づいて本発明の第２実施形態例に
係るタービン設備を説明する。図５には本発明の第２実
施形態例に係るタービン設備の概略系統を示してある。
尚、第２実施形態例に係るタービン設備は、図１に示し
たタービン設備に対し、液空タンク１１に貯留する液体
空気を凝縮するための設備と、液体空気を凝縮した際の
気体空気及び液体空気を蒸発させた際の気体空気を大気
の減温のために混合する機能をもつ複合発電設備を付加
したタービン設備である。このため、図１に示したター
ビン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する
説明は省略してある。A turbine facility according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a schematic system of a turbine facility according to a second embodiment of the present invention.
The turbine equipment according to the second embodiment is different from the turbine equipment shown in FIG. 1 in that equipment for condensing liquid air stored in the liquid empty tank 11 and gas air when condensing liquid air are used. This is a turbine facility to which a combined power generation facility having a function of mixing gas air when evaporating liquid air to reduce the temperature of the atmosphere is added. For this reason, the same components as those of the turbine equipment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
【００２６】液空タンク１１に貯留する液体空気を凝縮
するための設備（深冷設備）７１を説明する。図に示す
ように、大気を圧縮する高圧圧縮機７２が備えられ、高
圧圧縮機７２で圧縮された高圧空気はLNG 蒸発器７３に
送られる。LNG 蒸発器７３では、液体のLNG 燃料lfが気
化燃料（燃料）f にされる。LNG 蒸発器７３からの低温
の高圧空気は熱交換器７４及び分離器７５に送られ、分
離器７５から得られる気体の低温空気は膨張タービン７
６に送られ、断熱膨張により更に減温される。The equipment (cryogenic equipment) 71 for condensing the liquid air stored in the liquid empty tank 11 will be described. As shown in the figure, a high-pressure compressor 72 for compressing the atmosphere is provided, and the high-pressure air compressed by the high-pressure compressor 72 is sent to an LNG evaporator 73. In the LNG evaporator 73, the liquid LNG fuel lf is converted into vaporized fuel (fuel) f. The low-temperature high-pressure air from the LNG evaporator 73 is sent to the heat exchanger 74 and the separator 75, and the gas low-temperature air obtained from the separator 75 is supplied to the expansion turbine 7
6 and further cooled by adiabatic expansion.
【００２７】分離器７５を通った他方の液体空気v2は、
膨張弁７７を通り、液空蒸発器１３で液体空気laの蒸発
潜熱で低温となった大気v1と合流して複合発電設備８１
に送られる。膨張タービン７６での排気は凝縮器７８
で、流体空気laが凝縮されて液空タンク１１に貯留され
る。一方、凝縮器７８からの低温空気は膨張弁７７の後
流側で高圧空気に合流する。The other liquid air v2 passing through the separator 75 is
After passing through the expansion valve 77, the liquid-air evaporator 13 joins with the atmosphere v 1, which has become low in temperature due to the latent heat of evaporation of the liquid air la, to combine power generation equipment 81.
Sent to The exhaust gas from the expansion turbine 76 is supplied to a condenser 78.
Then, the fluid air la is condensed and stored in the liquid empty tank 11. On the other hand, the low-temperature air from the condenser 78 joins the high-pressure air on the downstream side of the expansion valve 77.
【００２８】液体空気を凝縮分離した残りの低温気体空
気及び液体空気の蒸発潜熱を回収した大気（低温空気）
を活用する複合発電設備８１を説明する。図に示すよう
に、複合発電設備８１には、流体空気laと液空蒸発器１
３で熱交換させた大気v1及び熱交換器７４を通った高圧
空気v3の合流空気と、大気とを混合する混合器８２が備
えられている。混合器８２で混合された空気は吸気冷却
を実現し、圧縮機８３で圧縮されて燃焼器８４に投入さ
れる。燃料ｆが投入された燃焼器８４からの燃焼ガスは
タービン８８で膨張し、廃熱回収ボイラ８５を経て煙突
８６から排出される。廃熱回収ボイラ８５で発生した蒸
気は蒸気タービンST側に送られるようになっている。一
方、燃焼器８４に投入される空気の一部は抽気されて再
生器８７で冷却熱交換され、タービン８８の翼の冷却に
使用される。Atmosphere (low-temperature air) from which the remaining low-temperature gas air obtained by condensing and separating the liquid air and the latent heat of vaporization of the liquid air are recovered.
Will be described. As shown in the figure, the combined power generation facility 81 includes a fluid air la and a liquid air evaporator 1.
A mixer 82 is provided for mixing the atmosphere with the atmosphere v1 subjected to heat exchange in step 3 and the high-pressure air v3 passing through the heat exchanger 74 and the atmosphere. The air mixed by the mixer 82 realizes intake air cooling, is compressed by the compressor 83 and is injected into the combustor 84. The combustion gas from the combustor 84 into which the fuel f has been injected expands in the turbine 88, and is discharged from the chimney 86 through the waste heat recovery boiler 85. The steam generated in the waste heat recovery boiler 85 is sent to the steam turbine ST. On the other hand, a part of the air supplied to the combustor 84 is extracted and subjected to cooling heat exchange in the regenerator 87 to be used for cooling the blades of the turbine 88.
【００２９】上述したタービン設備では、燃料電池装置
１に供給される液体空気laを凝縮生成する深冷設備７１
を備えると共に、液体空気laを蒸発する際に得られる低
温大気を複合発電設備８１の圧縮機８３に投入するよう
にしているので、吸気冷却効果により性能の向上したタ
ービン設備とすることが可能になる。In the above-mentioned turbine equipment, the cryogenic equipment 71 for condensing and generating the liquid air la supplied to the fuel cell device 1 is provided.
And the low-temperature air obtained when evaporating the liquid air la is supplied to the compressor 83 of the combined power generation facility 81, so that it is possible to provide a turbine facility with improved performance due to the intake air cooling effect. Become.
【００３０】本発明の他の実施形態例に係るタービン設
備を図６乃至図９に基づいて説明する。図６乃至図９に
は本発明の他の実施形態例に係るタービン設備の概略系
統を示してある。A turbine equipment according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9 show a schematic system of a turbine facility according to another embodiment of the present invention.
【００３１】図６に基づいて第３の実施形態例に係るタ
ービン設備を説明する。図６に示したタービン設備は、
図１に示したタービン設備の燃料電池装置１の作動空気
を通常の圧縮機からの圧縮空気で得るようにした設備で
ある。このため、図１に示した部材と同一部材には同一
符号を付して重複する説明は省略してある。The turbine equipment according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The turbine equipment shown in FIG.
This is a facility in which the working air of the fuel cell device 1 of the turbine facility shown in FIG. 1 is obtained by compressed air from a normal compressor. For this reason, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and overlapping description is omitted.
【００３２】図に示すように、通常の空気を圧縮する圧
縮機101 とガスタービン102 とが同軸状に備えられ、圧
縮機101 で圧縮された圧縮空気が調質燃料ffと共に燃料
電池装置１に投入され電力が得られるようになってい
る。燃料電池装置１からの排気は燃焼器２に送られ、燃
焼器２には燃料ｆが投入されて燃焼器２からの燃焼ガス
はガスタービン102 で膨張されるようになっている。ガ
スタービン102 の排ガスは廃熱回収ボイラ103 を経て煙
突104 から排出され、廃熱回収ボイラ103 で発生した蒸
気は蒸気タービンST側に送られる。燃料電池装置１と並
列に燃焼器ccを設けることもできる。燃料電池が小型で
圧縮機101 の吐出空気の一部を用いるときは残りの空気
を燃焼器ccで燃焼させ、燃焼器２の排気とともにガスタ
ービン102へ投入する。As shown in the figure, a compressor 101 for compressing normal air and a gas turbine 102 are provided coaxially, and the compressed air compressed by the compressor 101 is supplied to the fuel cell device 1 together with the reconditioned fuel ff. The power is turned on to obtain power. Exhaust gas from the fuel cell device 1 is sent to a combustor 2, and fuel f is supplied to the combustor 2, and combustion gas from the combustor 2 is expanded by a gas turbine 102. Exhaust gas from the gas turbine 102 is discharged from a chimney 104 via a waste heat recovery boiler 103, and steam generated in the waste heat recovery boiler 103 is sent to the steam turbine ST. A combustor cc can be provided in parallel with the fuel cell device 1. When the fuel cell is small and uses a part of the air discharged from the compressor 101, the remaining air is burned in the combustor cc and is supplied to the gas turbine 102 together with the exhaust gas from the combustor 2.
【００３３】図７に基づいて第４の実施形態例に係るタ
ービン設備を説明する。図７に示したタービン設備は、
図６で示したタービン設備と同様図１に示したタービン
設備の燃料電池装置１の作動空気を通常の圧縮機からの
圧縮空気で得るようにした設備である。このため、図
１、図６に示した部材と同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略してある。A turbine facility according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The turbine equipment shown in FIG.
This is a facility in which the working air of the fuel cell device 1 of the turbine facility shown in FIG. 1 is obtained by compressed air from a normal compressor, similarly to the turbine facility shown in FIG. For this reason, the same members as those shown in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
【００３４】図に示すように、高圧側の圧縮機101 とガ
スタービン102 と並列に低圧側圧縮機105 及び低圧側ガ
スタービン106 が備えられ、低圧側圧縮機105 で圧縮さ
れた圧縮空気が燃料加熱器107 を通って高圧側の圧縮機
101 に導入されて更に昇圧される。低圧側圧縮機105 で
圧縮され更に高圧側の圧縮機101 で圧縮された高圧空気
が調質燃料ffと共に燃料電池装置１に投入され電力が得
られるようになっている。燃料電池装置１からの排気は
燃焼器２に送られ、燃焼器２からの燃焼ガスはガスター
ビン102 で膨張される。As shown in the figure, a low pressure side compressor 105 and a low pressure side gas turbine 106 are provided in parallel with a high pressure side compressor 101 and a gas turbine 102, and compressed air compressed by the low pressure side compressor 105 is used as fuel. High pressure side compressor through heater 107
Introduced to 101 and further boosted. The high-pressure air compressed by the low-pressure side compressor 105 and further compressed by the high-pressure side compressor 101 is supplied to the fuel cell device 1 together with the reconditioned fuel ff to obtain electric power. Exhaust gas from the fuel cell device 1 is sent to a combustor 2, and combustion gas from the combustor 2 is expanded in a gas turbine 102.
【００３５】ガスタービン102 の排ガスは低圧側燃焼器
108 に送られ、燃焼された燃焼ガスは燃料電池装置１か
らの排気と共に低圧側ガスタービン106 で膨張される。
低圧側ガスタービン106 の排ガスは廃熱回収ボイラ103
を経て煙突104 から排出され、廃熱回収ボイラ103 で発
生した蒸気は蒸気タービンST側に送られる。The exhaust gas from the gas turbine 102 is supplied to the low-pressure side combustor.
The combustion gas which has been sent to the combustion chamber 108 is expanded together with the exhaust gas from the fuel cell device 1 in the low-pressure gas turbine 106.
The exhaust gas from the low-pressure gas turbine 106 is used as a waste heat recovery boiler 103
The steam discharged from the chimney 104 through the steam generator and sent from the waste heat recovery boiler 103 is sent to the steam turbine ST.
【００３６】上述したタービン設備は、圧縮機101 とガ
スタービン102 の間に改質器２２が配置されているの
で、燃料加熱器107 が低圧域に配置され改質器２２が高
圧域に配置されることになり、設備がコンパクトになり
燃料転換効率が向上する。また、低圧圧縮機105 と圧縮
機101 の間が燃料加熱器107 によりインタークーリング
され空気圧縮動力を削減することができる。In the above-mentioned turbine equipment, since the reformer 22 is disposed between the compressor 101 and the gas turbine 102, the fuel heater 107 is disposed in the low pressure region and the reformer 22 is disposed in the high pressure region. As a result, the equipment becomes compact and the fuel conversion efficiency is improved. Further, the space between the low-pressure compressor 105 and the compressor 101 is intercooled by the fuel heater 107, so that the power for air compression can be reduced.
【００３７】図８に基づいて第５の実施形態例に係るタ
ービン設備を説明する。図８に示したタービン設備は、
図７で示したタービン設備における燃料電池設備の構成
が異なるものである。このため、図７に示した部材と同
一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してあ
る。A turbine facility according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. The turbine equipment shown in FIG.
The configuration of the fuel cell equipment in the turbine equipment shown in FIG. 7 is different. For this reason, the same members as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
【００３８】図に示すように、圧縮機101 とガスタービ
ン102 と並列に低圧側圧縮機105 及び低圧側ガスタービ
ン106 が備えられている。圧縮機101 で圧縮された高圧
空気が燃料ｆと共に燃料電池装置110 に投入され電力が
得られるようになっている。燃料電池装置110 からの排
気は燃焼器２に送られる。一方、圧縮機101 で圧縮され
た高圧空気が燃料ｆと共に投入される高圧燃焼器111 が
燃料電池装置110 の系列と並列に設けられる。高圧燃焼
器111 で燃焼された燃焼ガスは燃焼器２の燃焼ガスとと
もにガスタービン102 で膨張される。As shown in the figure, a low-pressure side compressor 105 and a low-pressure side gas turbine 106 are provided in parallel with the compressor 101 and the gas turbine 102. The high-pressure air compressed by the compressor 101 is supplied to the fuel cell device 110 together with the fuel f to obtain electric power. Exhaust gas from the fuel cell device 110 is sent to the combustor 2. On the other hand, a high-pressure combustor 111 into which high-pressure air compressed by the compressor 101 is injected together with the fuel f is provided in parallel with the series of the fuel cell device 110. The combustion gas burned in the high pressure combustor 111 is expanded in the gas turbine 102 together with the combustion gas in the combustor 2.
【００３９】燃料電池装置110 は、起動燃焼器112 、燃
料改質反応器（改質器）113 及び燃料電池114 を圧縮機
101 側から順に備え、改質器113 には燃料加熱器107 で
加熱された燃料ｆと熱水または蒸気とが混合された調質
燃料ffが投入され、改質器113 で改質された改質燃料ｇ
が燃料電池114 及び低圧側燃焼器108 に送られる。起動
燃焼器112 により改質器113 及び燃料電池114 の作動温
度を調整している。The fuel cell device 110 includes a starting combustor 112, a fuel reforming reactor (reformer) 113, and a fuel cell 114 which are connected to a compressor.
Prepared in order from the 101 side, a reformed fuel ff in which the fuel f heated by the fuel heater 107 and hot water or steam are mixed is supplied to the reformer 113, and the reformed fuel reformed by the reformer 113 is supplied to the reformer 113. Quality fuel g
Is sent to the fuel cell 114 and the low-pressure side combustor 108. The operating temperature of the reformer 113 and the fuel cell 114 is adjusted by the starting combustor 112.
【００４０】ガスタービン102 の排ガスは低圧側燃焼器
108 に送られ、その燃焼ガスは低圧ガスタービン106 で
膨張される。低圧ガスタービン106 の排ガスは廃熱回収
ボイラ103 を経て煙突104 から排出され、廃熱回収ボイ
ラ103 で発生した蒸気は蒸気タービンST側に送られる。The exhaust gas from the gas turbine 102 is supplied to the low-pressure side combustor.
And the combustion gases are expanded in a low pressure gas turbine 106. Exhaust gas from the low-pressure gas turbine 106 is discharged from a chimney 104 through a waste heat recovery boiler 103, and steam generated in the waste heat recovery boiler 103 is sent to the steam turbine ST.
【００４１】上述したタービン設備は、高圧燃焼器111
が燃料電池装置110 の系列と並列に設けられているの
で、高圧燃焼器111 の系列のみでタービン設備を運用す
ることができると共に、燃料電池装置110 系の発電容量
（圧縮空気容量）を任意に設定することができる。つま
り、燃料電池装置110 に供給した残りの圧縮空気を通常
の高圧燃焼器111 を経由してガスタービン102 に投入す
ることで、ガスタービン102 の入口温度を所定値にする
ことができる。更に、燃焼器２によりガスタービン102
の入口温度を調整することができる。また、圧縮機101
と改質器113 の間に起動燃焼器112 を配置したので、改
質器113 及び燃料電池114 の作動温度を調整することが
できる。また、燃料電池114 は高圧側の圧縮機101 の圧
縮空気で作動させるので高圧による発電効率の向上及び
設備のコンパクト化が図れる。The above-described turbine equipment includes a high-pressure combustor 111
Are installed in parallel with the series of fuel cell units 110, so that turbine equipment can be operated only by the series of high-pressure combustors 111, and the power generation capacity (compressed air capacity) of the fuel cell units 110 can be arbitrarily set. Can be set. That is, the remaining compressed air supplied to the fuel cell device 110 is supplied to the gas turbine 102 via the normal high-pressure combustor 111, so that the inlet temperature of the gas turbine 102 can be set to a predetermined value. Further, the gas turbine 102 is operated by the combustor 2.
Temperature of the inlet can be adjusted. Also, the compressor 101
Since the starting combustor 112 is disposed between the reformer 113 and the reformer 113, the operating temperatures of the reformer 113 and the fuel cell 114 can be adjusted. Further, since the fuel cell 114 is operated by the compressed air of the compressor 101 on the high pressure side, the power generation efficiency can be improved by the high pressure and the equipment can be made compact.
【００４２】図９に基づいて第６の実施形態例に係るタ
ービン設備を説明する。図９に示したタービン設備は、
図８で示したタービン設備における高圧燃焼器の配置を
変更したものである。このため、図８に示した部材と同
一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してあ
る。The turbine equipment according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. The turbine equipment shown in FIG.
This is a modification of the arrangement of the high pressure combustor in the turbine equipment shown in FIG. For this reason, the same members as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
【００４３】図９に示したタービン設備は、図８で示し
たタービン設備の燃料電池装置110の系列と並列に設け
られた高圧燃焼器111 をなくし、燃焼器２に代えて高圧
燃焼器111 をガスタービン102 の上流に配置したもので
ある。また、図８で示したタービン設備の燃料電池装置
110 の起動燃焼器112 をなくした燃料電池装置116 とし
ている。その他の構成は図８で示したタービン設備と同
一である。図９に示したタービン設備では、改質器113
及び燃料電池114 の作動温度は圧縮機101 の出口空気温
度でまかなうようになっている。The turbine equipment shown in FIG. 9 eliminates the high-pressure combustor 111 provided in parallel with the series of the fuel cell device 110 of the turbine equipment shown in FIG. 8, and replaces the combustor 2 with the high-pressure combustor 111. It is arranged upstream of the gas turbine 102. Further, the fuel cell device of the turbine facility shown in FIG.
The fuel cell device 116 is obtained by eliminating the starting combustor 112 of 110. Other configurations are the same as those of the turbine equipment shown in FIG. In the turbine facility shown in FIG.
The operating temperature of the fuel cell 114 is controlled by the outlet air temperature of the compressor 101.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明の燃料電池装置は、燃料電池を効
率良い高酸素濃度（液体空気を高O2で生成）及び高圧空
気（液体空気を液相でポンプ加圧）の作動条件で作動さ
せることができ、発電効率を高めることが可能になる。The fuel cell device of the present invention operates the fuel cell under the operating conditions of an efficient high oxygen concentration (liquid air is generated at high O 2 ) and high-pressure air (liquid air is pumped by liquid phase). Power generation efficiency can be increased.
【００４５】また、本発明の燃料電池装置は、燃料を改
質する改質器を備えると共に、空気及び改質器からの改
質ガスが投入されることにより電気化学反応により電力
を得る燃料電池を備え、改質器及び燃料電池を圧力容器
に収容し、圧力容器の周囲に流体通路を設け、流体通路
に加圧空気が投入される投入口を備えると共に、流体通
路を流通して改質器及び燃料電池との間で熱交換された
加圧空気を燃料電池の作動空気として投入する排出口を
流体通路に備えたので、冷却用の空気を燃料電池の作動
空気としても用い同一系統で高圧空気として送ることが
できる。格納容器、燃料電池を大幅に冷却することで構
造強度を確保できる。また、高O2のため消費空気が少な
くてすみ、空気が少なくなっても低温で送気するので構
造体の冷却は十分に行なえる。Further, the fuel cell device of the present invention includes a reformer for reforming the fuel, and obtains electric power by an electrochemical reaction when air and reformed gas from the reformer are supplied. The pressure reformer and the fuel cell are housed in a pressure vessel, a fluid passage is provided around the pressure vessel, and an inlet for supplying pressurized air to the fluid passage is provided. The fluid passage is provided with an outlet through which pressurized air heat-exchanged between the heat exchanger and the fuel cell is input as working air for the fuel cell, so that cooling air can also be used as operating air for the fuel cell. Can be sent as high pressure air. Structural strength can be secured by significantly cooling the containment vessel and fuel cell. In addition, since the amount of consumed air is small due to the high O 2 , even if the amount of air is small, the air is sent at a low temperature, so that the structure can be sufficiently cooled.
【００４６】また、本発明の燃料電池装置は、燃料を改
質する改質器を備えると共に、空気及び改質器からの改
質ガスが投入されることにより電気化学反応により電力
を得る燃料電池を備え、燃料電池の排気を燃料と共に燃
焼させて改質器の加熱を行う起動燃焼器を設け、改質器
及び燃料電池燃焼器を圧力容器に収容し、圧力容器の周
囲に流体通路を設け、燃焼器の排気管を流体通路に貫通
し、流体通路に加圧空気が投入される投入口を備えると
共に、流体通路を流通して改質器及び燃料電池との間で
熱交換されると共に排気管により加熱された加圧空気を
燃料電池の作動空気として投入する排出口を流体通路に
備えたので、冷却用の空気と燃料電池の作動空気とを同
一系統で高圧空気として送ることができ、改質器を常に
一定の温度に制御することができると共に、改質器を所
定温度に保持することができる。このため、起動時や負
荷変動時に化学反応の遅れや渋滞が生じることがなくな
り、改質器による改質を安定して行なうことが可能にな
る。Further, the fuel cell device of the present invention includes a reformer for reforming fuel, and obtains electric power by an electrochemical reaction by supplying air and reformed gas from the reformer. A starting combustor for heating the reformer by burning the exhaust of the fuel cell together with the fuel, housing the reformer and the fuel cell combustor in a pressure vessel, and providing a fluid passage around the pressure vessel. A fuel gas passage between the reformer and the fuel cell while flowing through the fluid passage, and having an inlet through which the pressurized air is introduced into the fluid passage. The fluid passage has an outlet for introducing pressurized air heated by the exhaust pipe as fuel cell working air, so that cooling air and fuel cell working air can be sent as high-pressure air in the same system. , Always control the reformer at a constant temperature Rukoto it is capable of holding the reformer to a predetermined temperature. For this reason, there is no delay in the chemical reaction or congestion at the time of startup or load fluctuation, and the reforming by the reformer can be stably performed.
【００４７】そして、燃料電池における改質ガス流路及
び空気流路は発電膜で仕切られた円筒状の室が積層して
形成されたカートリッジからなり、複数のカートリッジ
を取り外し自由として燃料電池を構成したので、カート
リッジの取外し・取付けの単純作業で燃料電池を極めて
容易に交換することができ、燃料電池装置のメンテナン
ス性が向上する。The reformed gas flow path and the air flow path in the fuel cell are composed of cartridges formed by laminating cylindrical chambers separated by a power generation membrane, and a plurality of cartridges can be freely removed to constitute the fuel cell. As a result, the fuel cell can be replaced very easily by a simple operation of removing and attaching the cartridge, and the maintainability of the fuel cell device is improved.
【００４８】本発明のタービン設備は、請求項１乃至請
求項５のいずれか一項における燃料電池装置を備えたタ
ービン設備において、燃料電池の排気で燃料を燃焼させ
る燃焼器が備えられ、燃焼器の燃焼ガスによって駆動す
るガスタービンが備えられていることを特徴とする。こ
のため、燃料電池の排気を燃料節約に有効に回収するこ
とができ、効率のよいタービン設備とすることが可能に
なる。[0048] The turbine equipment according to the present invention is a turbine equipment provided with the fuel cell device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a combustor for burning fuel with exhaust gas from the fuel cell. And a gas turbine driven by the combustion gas. For this reason, the exhaust gas of the fuel cell can be effectively collected to save fuel, and efficient turbine equipment can be provided.
【００４９】そして、ポンプで昇圧される液体空気が貯
留される液空タンクが備えられ、液空タンクの上流には
液体空気を凝縮分離する凝縮器が配置され、凝縮器で分
離した気体空気が大気の冷却ののち圧縮機及び燃焼器に
投入され、燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタービンが
備えられているので、液体空気を蒸発した際に発生する
低温の大気も圧縮機の吸気冷却に活用でき、エネルギー
効率の良いタービン設備とすることが可能になる。A liquid empty tank for storing liquid air pressurized by a pump is provided, and a condenser for condensing and separating the liquid air is disposed upstream of the liquid empty tank. After the air is cooled, it is charged into the compressor and the combustor, and a turbine driven by the combustion gas from the combustor is provided.The low-temperature air generated when the liquid air evaporates is also used for cooling the compressor intake air. It is possible to utilize and make energy efficient turbine equipment.
【００５０】また、本発明のタービン設備は、燃料を改
質する改質器を備えると共に、空気を圧縮する圧縮機を
ガスタービンと同軸状に備え、高圧側の圧縮機で圧縮さ
れた高圧圧縮空気及び改質器からの改質ガスが投入され
ることにより電気化学反応により電力を得る燃料電池を
備え、燃料電池の排気を燃料と共に燃焼させ燃焼ガスに
よってガスタービンを駆動させる燃焼器が備えられてい
るので、通常のガスタービン要素を適用して燃料電池を
作動させることができる。また、高圧側の圧縮機の吐出
空気を冷却し高圧圧縮動力を削減し、その冷却回収熱を
燃料予熱に用いた結果、プラント効率が向上する。Further, the turbine equipment of the present invention includes a reformer for reforming fuel, a compressor for compressing air coaxially with the gas turbine, and a high-pressure compressor compressed by the compressor on the high-pressure side. A fuel cell is provided that obtains electric power by an electrochemical reaction by being supplied with air and reformed gas from a reformer, and a combustor that burns exhaust gas of the fuel cell together with fuel and drives a gas turbine with the combustion gas is provided. Therefore, the fuel cell can be operated by applying a normal gas turbine element. Further, the air discharged from the high-pressure side compressor is cooled to reduce the high-pressure compression power, and the heat recovered from the cooling is used for preheating the fuel. As a result, the plant efficiency is improved.
【００５１】そして、低圧側圧縮機及び低圧側ガスター
ビンを圧縮機及びガスタービンと並列に備え、低圧側圧
縮機で圧縮された圧縮空気が圧縮機に導入されると共
に、ガスタービンで膨張された排気ガスが低圧ガスター
ビンで膨張されるので、更に高圧の圧縮空気により燃料
電池を高効率で作動させることができる。A low-pressure side compressor and a low-pressure side gas turbine are provided in parallel with the compressor and the gas turbine, and compressed air compressed by the low-pressure side compressor is introduced into the compressor and expanded by the gas turbine. Since the exhaust gas is expanded by the low-pressure gas turbine, the fuel cell can be operated with high efficiency by the compressed air having a higher pressure.
【図１】本発明の一実施形態例に係るタービン設備の概
略系統図。FIG. 1 is a schematic system diagram of a turbine facility according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施形態例に係る燃料電池装置の全
体構成図。FIG. 2 is an overall configuration diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
【図３】横型の燃料電池装置の全体構成図。FIG. 3 is an overall configuration diagram of a horizontal fuel cell device.
【図４】カートリッジセル型の燃料電池を備えた燃料電
池装置の全体構成図。FIG. 4 is an overall configuration diagram of a fuel cell device provided with a cartridge cell type fuel cell.
【図５】本発明の第２実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。FIG. 5 is a schematic system diagram of a turbine facility according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の他の実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。FIG. 6 is a schematic system diagram of a turbine facility according to another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の他の実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。FIG. 7 is a schematic system diagram of a turbine facility according to another embodiment of the present invention.
【図８】本発明の他の実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。FIG. 8 is a schematic system diagram of a turbine facility according to another embodiment of the present invention.
【図９】本発明の他の実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。FIG. 9 is a schematic system diagram of a turbine facility according to another embodiment of the present invention.
１，５１，６１，110 燃料電池装置 ２，７ 燃焼器 ３,102 ガスタービン ４，６ 再生器 ５ 膨張タービン ８,106 低圧ガスタービン １１ 液空タンク １２ 昇圧ポンプ ２１,114 燃料電池 ２２,113 燃料改質反応器（改質反応器） ２３,112 起動燃焼器 ２４ 格納容器 ２５ 流体通路 ２６ 混合器 ３４ 排気伝熱管 ３５ 投入口 ３６ 排出口 ７１ 深冷設備 ７２ 高圧圧縮機 ７６ 膨張タービン ７８ 凝縮器 ８１ 複合発電設備 ８３,101 圧縮機 ８４ 燃焼器 ８５,103 廃熱回収ボイラ ８８ タービン 105 低圧圧縮機 107 燃料加熱器 108 低圧燃焼器 111 高圧燃焼器 1,51,61,110 Fuel cell device 2,7 Combustor 3,102 Gas turbine 4,6 Regenerator 5 Expansion turbine 8,106 Low pressure gas turbine 11 Liquid / air tank 12 Boost pump 21,114 Fuel cell 22,113 Fuel Reforming Reactor (Reforming Reactor) 23,112 Starting Combustor 24 Container 25 Fluid Passage 26 Mixer 34 Exhaust Heat Transfer Tube 35 Inlet 36 Outlet 71 Cryogenic Facility 72 High Pressure Compressor 76 Expansion Turbine 78 Condenser 81 Combined cycle power plant 83,101 Compressor 84 Combustor 85,103 Waste heat recovery boiler 88 Turbine 105 Low pressure compressor 107 Fuel heater 108 Low pressure combustor 111 High pressure combustor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 3/14 Ｆ０２Ｃ 3/14 3/22 3/22 6/00 6/00 Ｂ Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｂ Ｇ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) F02C 3/14 F02C 3/14 3/22 3/22 6/00 6/00 B H01M 8/06 H01M 8 / 06 B G
Claims (9)
れることにより電気化学反応により電力を得る燃料電池
の周囲に流体通路を設け、流体通路に加圧空気が投入さ
れる投入口を備えると共に、流体通路を流通して燃料電
池を冷却した加圧空気を燃料電池の作動空気として投入
する排出口を流体通路に備えたことを特徴とする燃料電
池装置。1. A fluid passage is provided around a fuel cell which obtains electric power by an electrochemical reaction by being supplied with air and a reformed gas from a reformer, and an inlet through which pressurized air is supplied into the fluid passage. And a discharge port for introducing pressurized air, which has cooled the fuel cell through the fluid passage and cooled the fuel cell, as working air for the fuel cell, is provided in the fluid passage.
空気及び改質器からの改質ガスが投入されることにより
電気化学反応により電力を得る燃料電池を備え、改質器
及び燃料電池を圧力容器に収容し、圧力容器の周囲に流
体通路を設け、流体通路に加圧空気が投入される投入口
を備えると共に、流体通路を流通して改質器及び燃料電
池との間で熱交換された加圧空気を燃料電池の作動空気
として投入する排出口を流体通路に備えたことを特徴と
する燃料電池装置。2. A fuel cell comprising a reformer for reforming a fuel,
Equipped with a fuel cell that obtains electric power by an electrochemical reaction when air and reformed gas from the reformer are supplied, the reformer and the fuel cell are housed in a pressure vessel, and a fluid passage is provided around the pressure vessel. An exhaust port for introducing pressurized air into the fluid passage, and an exhaust port for introducing pressurized air that has passed through the fluid passage and exchanged heat between the reformer and the fuel cell as working air for the fuel cell. A fuel cell device comprising an outlet provided in a fluid passage.
空気及び改質器からの改質ガスが投入されることにより
電気化学反応により電力を得る燃料電池を備え、燃料電
池の排気を燃料と共に燃焼させて改質器の加熱を行う起
動燃焼器を設け、改質器及び燃料電池燃焼器を圧力容器
に収容し、圧力容器の周囲に流体通路を設け、燃焼器の
排気管を流体通路に貫通し、流体通路に加圧空気が投入
される投入口を備えると共に、流体通路を流通して改質
器及び燃料電池との間で熱交換されると共に排気管によ
り加熱された加圧空気を燃料電池の作動空気として投入
する排出口を流体通路に備えたことを特徴とする燃料電
池装置。3. A fuel cell comprising a reformer for reforming fuel,
Equipped with a fuel cell that obtains electric power by an electrochemical reaction when air and reformed gas from the reformer are injected, and a startup combustor that heats the reformer by burning the exhaust of the fuel cell together with fuel. , A reformer and a fuel cell combustor are housed in a pressure vessel, a fluid passage is provided around the pressure vessel, an exhaust pipe of the combustor penetrates the fluid passage, and an inlet through which pressurized air is introduced into the fluid passage. And an outlet in the fluid passage through which pressurized air which is exchanged for heat between the reformer and the fuel cell through the fluid passage and heated by the exhaust pipe is supplied as working air for the fuel cell. A fuel cell device characterized by the above-mentioned.
おいて、燃料電池における改質ガス流路及び空気流路は
発電膜で仕切られた円筒状の室が積層して形成されたカ
ートリッジからなり、複数のカートリッジを取り外し自
在に備えて燃料電池を構成したことを特徴とする燃料電
池装置。4. The cartridge according to claim 1, wherein the reformed gas flow path and the air flow path in the fuel cell are formed by stacking cylindrical chambers partitioned by a power generation film. And a fuel cell comprising a plurality of cartridges removably provided to form a fuel cell.
おいて、流体通路に投入される加圧空気は、液体空気を
ポンプにより昇圧させた気化空気であることを特徴とす
る燃料電池装置。5. The fuel cell device according to claim 1, wherein the pressurized air supplied to the fluid passage is vaporized air obtained by increasing the pressure of liquid air by a pump. .
おける燃料電池装置を備えたタービン設備において、燃
料電池の排気を燃料と共に燃焼させる燃焼器が備えら
れ、燃焼器の燃焼ガスによって駆動するガスタービンが
備えられていることを特徴とするタービン設備。6. A turbine facility comprising the fuel cell device according to claim 1, further comprising a combustor for burning exhaust of the fuel cell together with fuel, and driven by combustion gas from the combustor. Turbine equipment provided with a gas turbine that performs the following.
液体空気が貯留される液空タンクが備えられ、液空タン
クと上流側の液化システムとの間には液体空気を分離す
る凝縮器が配置され、凝縮器で分離した大気とともに圧
縮される圧縮機が設けられると共に圧縮空気が送られる
燃焼器が設けられ、燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタ
ービンが備えられていることを特徴とするタービン設
備。7. A liquid air tank for storing liquid air pressurized by a pump according to claim 6, wherein a condenser for separating liquid air is provided between the liquid air tank and the upstream liquefaction system. A compressor that is disposed and compressed with the atmosphere separated by a condenser is provided, a combustor to which compressed air is sent is provided, and a turbine driven by combustion gas from the combustor is provided. Turbine equipment.
空気を圧縮する圧縮機をガスタービンと同軸状に備え、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び改質器からの改質ガス
が投入されることにより電気化学反応により電力を得る
燃料電池を備え、燃料電池の排気を燃料と共に燃焼させ
燃焼ガスによってガスタービンを駆動させる燃焼器が備
えられていることを特徴とするタービン設備。8. A fuel cell comprising a reformer for reforming fuel,
A compressor that compresses air is provided coaxially with the gas turbine,
A fuel cell that obtains electric power by an electrochemical reaction by being supplied with compressed air compressed by a compressor and a reformed gas from a reformer is provided, and the exhaust gas of the fuel cell is burned together with fuel to combust a gas turbine with the combustion gas. A turbine equipment comprising a combustor to be driven.
ガスタービンを圧縮機及びガスタービンと並列に備え、
低圧側圧縮機で圧縮された圧縮空気が高圧側圧縮機に導
入されると共に、ガスタービンで膨張された排気ガスが
高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンで膨張されるこ
とを特徴とするタービン設備。9. The low pressure compressor and the low pressure gas turbine according to claim 8, wherein the low pressure compressor and the low pressure gas turbine are provided in parallel with the compressor and the gas turbine.
A turbine facility, wherein compressed air compressed by a low-pressure side compressor is introduced into a high-pressure side compressor, and exhaust gas expanded by a gas turbine is expanded by a high-pressure gas turbine and a low-pressure gas turbine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25687799A JP2001085036A (en) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | Fuel cell device and turbine facility |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25687799A JP2001085036A (en) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | Fuel cell device and turbine facility |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085036A true JP2001085036A (en) | 2001-03-30 |
Family
ID=17298664
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP25687799A Withdrawn JP2001085036A (en) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | Fuel cell device and turbine facility |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001085036A (en) |
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-
1999
- 1999-09-10 JP JP25687799A patent/JP2001085036A/en not_active Withdrawn
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