JP2001351663A - Fuel cell device and electric generator - Google Patents

Fuel cell device and electric generator

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JP2001351663A
JP2001351663A JP2000171567A JP2000171567A JP2001351663A JP 2001351663 A JP2001351663 A JP 2001351663A JP 2000171567 A JP2000171567 A JP 2000171567A JP 2000171567 A JP2000171567 A JP 2000171567A JP 2001351663 A JP2001351663 A JP 2001351663A
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power generation
air
fuel
fuel cell
gas
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JP2000171567A
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Tadashi Tsuji
正 辻
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a power generation output efficiencies of a fuel cell device and an electric generator by disusing separate cooling air but cooling the fuel cell device only by compressed air necessary for operation. SOLUTION: A power generation part 20 is cooled at a reaction gas heat exchanger 24 by the fuel and air introduced for the operation of the power generation part 20. Introduction of separate cooling air is disused and only compressed air necessary for the operation is introduced, consequently, power generation ratio against the volume of air is heightened by reducing a motive force of a compressed air blower for the fuel cell device, and power output/ power efficiency of the fuel cell device, and output/efficiency of the electric generator the improved.

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、燃料電池装置及び
燃料電池装置を用いた発電設備に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device and a power generation facility using the fuel cell device.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は高い発電効率で電気エネルギ
ーを発生すると共に電池本体及び排出ガスを介して熱エ
ネルギーをも発生する。従って、その排熱をガスタービ
ン(GT)のトッピングサイクル、蒸気タービン(S
T)などのボトミングサイクルにより回収して発電に利
用すれば、さらに高い発電効率が得られる。このため、
燃料電池とガスタービンを組み合わせた複合発電プラン
トは省エネルギー効果の高いものとして期待されてい
る。
2. Description of the Related Art A fuel cell generates electric energy with high power generation efficiency and also generates heat energy through a cell body and exhaust gas. Therefore, the exhaust heat is transferred to the gas turbine (GT) topping cycle and the steam turbine (S
If collected by a bottoming cycle such as T) and used for power generation, higher power generation efficiency can be obtained. For this reason,
A combined cycle power plant combining a fuel cell and a gas turbine is expected to have a high energy saving effect.

【0003】燃料電池において、空気極の反応に必要な
酸素は、空気を取り込むことにより供給されるので酸素
分圧を高める必要があり、一般に、大気中より取り込ん
だ空気を圧縮機により昇圧して燃料電池の空気極へ加圧
供給する。そして、この圧縮機の駆動動力源として燃料
電池からの排ガスを燃焼して作動流体とするガスタービ
ンを装備し、このガスタービンに圧縮機を同軸接続して
駆動する方式、あるいは、このガスタービンで発電機を
駆動して電力を発生し、電動機により圧縮機を駆動する
方式などが知られている。
[0003] In a fuel cell, the oxygen required for the reaction of the air electrode is supplied by taking in air, so that it is necessary to increase the oxygen partial pressure. Generally, air taken in from the atmosphere is pressurized by a compressor. Pressurized supply to the air electrode of the fuel cell. As a driving power source for the compressor, a gas turbine is used as a working fluid by burning exhaust gas from the fuel cell, and a compressor is coaxially connected to the gas turbine to drive the gas turbine. There is known a method in which a generator is driven to generate electric power, and a compressor is driven by an electric motor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池装
置は高い発電効率で電気エネルギーを発生するが、当量
割合で燃料と空気(酸素)が反応する反応熱量の影響か
ら、燃料電池発電部が高温になる問題がある。このた
め、従来から、空気極に供給する作動用の空気を燃焼に
必要な量以上に大量に取り込むことで燃料電池発電部の
温度上昇を抑制している。しかし、空気を大量に取り込
むと排気の残存酸素が多いままガスタービンを作動させ
ることになる。ガスタービン入口温度を燃料電池排気よ
りも高温にしてガスタービンを使用するときは燃料の投
入によって残存酸素が消費されるが、かなりの濃度でガ
スタービンから排出される状況に変わりはない。発電に
寄与しない残存酸素(つまり空気量)を余分に昇圧して
いるわけで、このために、圧縮機やブロワー等に大きな
動力が必要となり、プラント全体の発電効率を低下させ
る大きな要因である。
By the way, the fuel cell device generates electric energy with high power generation efficiency. However, the fuel cell power generation unit has a high temperature due to the effect of the reaction heat at which the fuel and air (oxygen) react at an equivalent ratio. Problem. For this reason, conventionally, the operation air supplied to the air electrode has been taken in a larger amount than required for combustion, thereby suppressing the temperature rise of the fuel cell power generation unit. However, when a large amount of air is taken in, the gas turbine is operated while the residual oxygen in the exhaust gas is large. When the gas turbine is used with the gas turbine inlet temperature set higher than the fuel cell exhaust gas, the remaining oxygen is consumed by the introduction of fuel, but the gas is exhausted from the gas turbine at a considerable concentration. The residual oxygen (that is, the amount of air) that does not contribute to power generation is excessively pressurized. For this reason, a large power is required for the compressor, the blower, and the like, which is a major factor that lowers the power generation efficiency of the entire plant.

【0005】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、冷却用に過剰な流体(空気)を燃料電池に供給する
ことなく、また、燃焼用流体とは別個の特別な冷却装置
を用いることなく燃料電池発電部が高温になることを抑
制できる燃料電池装置及びこの燃料電池装置を用いた発
電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 does not supply an excessive fluid (air) for cooling to a fuel cell and uses a special cooling device separate from a combustion fluid. It is an object of the present invention to provide a fuel cell device capable of suppressing the temperature of the fuel cell power generation unit from becoming high and a power generation facility using the fuel cell device.

【0006】[0006]

【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は、空気と燃料とを電解質膜を
介して反応させて発電する燃料電池発電部と、該燃料電
池発電部から排出される空気極排ガス及び燃料極排ガス
を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃料電
池発電部の作動用の空気及び燃料の少なくとも一方が導
入されることにより該燃料電池発電部を冷却する冷却手
段とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device comprising: a fuel cell power generation unit for generating power by reacting air and fuel through an electrolyte membrane; A combustion unit that burns an air electrode exhaust gas and a fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel cell to generate combustion gas, and at least one of air and fuel for operating the fuel cell power generation unit is introduced to introduce the fuel cell power generation unit And cooling means for cooling the cooling device.

【0007】また、上記目的を達成するための本発明の
燃料電池装置は、空気と燃料とを電解質膜を介して反応
させて発電する燃料電池発電部と、該燃料電池発電部か
ら排出される空気極排ガス及び燃料極排ガスを燃焼させ
て燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃料電池発電部の
作動用の空気及び燃料を燃料電池発電部の排気により加
熱する加熱部と、前記燃料電池発電部の作動用の空気及
び燃料の少なくとも一方が投入されることにより該燃料
電池発電部を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴と
する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device for generating power by reacting air and fuel through an electrolyte membrane, and discharging the fuel cell from the fuel cell power generation unit. A combustion unit for burning the cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas to generate combustion gas, a heating unit for heating air and fuel for operating the fuel cell power generation unit with exhaust gas from the fuel cell power generation unit, And a cooling means for cooling the fuel cell power generation unit by charging at least one of air and fuel for operating the unit.

【0008】そして、前記冷却手段に導入される空気及
び燃料は、加熱部で加熱された後の空気及び燃料である
ことを特徴とする。また、加熱部に導入される空気及び
燃料は、冷却手段で前記燃料電池発電部を冷却した後の
空気及び燃料であることを特徴とする。
[0008] The air and the fuel introduced into the cooling means are the air and the fuel heated by the heating unit. Further, the air and the fuel introduced into the heating unit are air and fuel after the cooling unit cools the fuel cell power generation unit.

【0009】また、上記目的を達成するための発電設備
は、燃料のポンプ系統は自由に構成してよいが、前記燃
料は他系統の設備のポンプにより圧送されることを特徴
とする。また、前記空気は他系統の設備の空気供給手段
により圧送されることを特徴とする。また、前記空気供
給手段は圧縮機であることを特徴とする。また、前記空
気供給手段はブロアであることを特徴とする。また、前
記燃焼部で生成された燃焼ガスは他系統の発電設備に供
給されることを特徴とする発電設備。
[0009] In the power generation equipment for achieving the above object, a fuel pump system may be freely configured, but the fuel is pumped by a pump of equipment of another system. Further, the air is pressure-fed by air supply means of equipment of another system. Further, the air supply means is a compressor. Further, the air supply means is a blower. Further, the combustion gas generated in the combustion section is supplied to a power generation facility of another system.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の燃料
電池装置及び本発明の発電設備を説明する。図1には本
発明の一実施形態例に係る発電設備の概略構成、図2に
は本発明の一実施形態例に係る燃料電池装置の概略構
成、図3には冷却流体の循環系統を示してある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell system according to the present invention. 1 shows a schematic configuration of a power generation facility according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a schematic configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a circulation system of a cooling fluid. It is.

【0011】図1に示すように、本実施形態例の発電設
備1Aは、燃料電池装置2と、ガスタービン発電部30
及びガスタービン発電部30の排熱を回収する排熱回収
部40とから構成されている。燃料電池装置2は、燃料
電池発電部(発電部)20と、燃焼部22と、反応流体
加熱器10とから構成されている。発電部20は、燃料
として例えば天然ガスと、酸化剤として空気を固体酸化
物電解質膜を介して反応させて発電し、かつ内部改質
(蒸気改質反応)機能を備えている。燃焼部22は、発
電部20の排ガスG20中の未燃分を燃焼させて高温の燃
焼ガスG22を生成する。反応ガス加熱器10は、燃料ガ
ス加熱器11と空気加熱器12とから構成され、燃料ガ
ス加熱器11と空気加熱器12は、燃焼部22からの高
温の燃焼ガスG22 との間の熱交換にて加熱される。発電
部20と燃焼部22に対しては、冷却手段としての反応
ガス熱交換部24が設けられている。
As shown in FIG. 1, a power generation facility 1A according to this embodiment includes a fuel cell device 2 and a gas turbine power generation unit 30.
And an exhaust heat recovery unit 40 that recovers the exhaust heat of the gas turbine power generation unit 30. The fuel cell device 2 includes a fuel cell power generation unit (power generation unit) 20, a combustion unit 22, and a reaction fluid heater 10. The power generation unit 20 generates power by reacting, for example, natural gas as a fuel with air as an oxidant through a solid oxide electrolyte membrane, and has an internal reforming (steam reforming reaction) function. Combustion unit 22, the unburned in the exhaust gas G 20 of the power generation unit 20 is burned to produce hot combustion gases G 22. The reaction gas heater 10 is composed of a fuel gas heater 11 and an air heater 12. The fuel gas heater 11 and the air heater 12 provide heat between the high-temperature combustion gas G 22 from the combustion unit 22. Heated by replacement. A reaction gas heat exchange unit 24 as a cooling unit is provided for the power generation unit 20 and the combustion unit 22.

【0012】反応ガス熱交換部24は、燃料ガス熱交換
部24aと空気熱交換部24bとから構成されている。
燃料ガス熱交換部24aは、その内部において、燃料極
に供給される天然ガスF24を発電部20の発生熱を回収
して所望の温度に昇温させることにより発電部20を所
望の作動温度に冷却保持するためのものであり、空気熱
交換部24bは、その内部において、空気極に供給され
る空気A24を発電部20の発生熱を回収して所望の温度
に昇温させることにより発電部20を所望の作動温度に
冷却保持するためのものである。
The reaction gas heat exchanging section 24 comprises a fuel gas heat exchanging section 24a and an air heat exchanging section 24b.
Fuel gas heat exchange portion 24a in its interior, the desired operating temperature the power generation portion 20 by the natural gas F 24 to be supplied to the fuel electrode by recovering heat generated power generation portion 20 is heated to the desired temperature The air heat exchanging unit 24b collects the heat generated by the power generation unit 20 and raises the temperature of the air A 24 supplied to the air electrode to a desired temperature. This is for cooling and maintaining the power generation unit 20 at a desired operating temperature.

【0013】一方、GT発電部30は、ガスタービン
(GT)32と、空気圧縮機34と、発電機36と、熱
交換器38から構成されている。ガスタービン32は、
燃焼部22から排出された燃焼ガスG22を作動流体とし
て動力を回収する。空気圧縮機34は、ガスタービン3
2と同軸に接続されており、ガスタービン32の動力に
より作動して空気供給部90(例えば、大気を吸気室を
介して吸入する)から空気A90を吸込んで圧縮する。発
電機36は、空気圧縮機34を介してガスタービン32
と同軸に接続されており、ガスタービン32の動力によ
り作動して電力を発生する。熱交換器60は、燃料ガス
供給部80からの天然ガスF80及び空気圧縮機34から
の圧縮空気A34a を加熱する。
On the other hand, the GT power generation section 30 includes a gas turbine (GT) 32, an air compressor 34, a power generator 36, and a heat exchanger 38. The gas turbine 32
The combustion gas G 22 discharged from the combustion unit 22 recovers power as the working fluid. The air compressor 34 is a gas turbine 3
2 and is coaxially connected thereto, and is operated by the power of the gas turbine 32 to suck and compress the air A 90 from an air supply unit 90 (for example, the air is sucked through an air suction chamber). The generator 36 is connected to the gas turbine 32 via the air compressor 34.
And is operated coaxially with the gas turbine 32 to generate electric power. The heat exchanger 60 heats the compressed air A 34a from natural gas F 80 and air compressor 34 from the fuel gas supply unit 80.

【0014】また、GT排熱回収系40は、蒸気発生器
(HRSG)41と、蒸気タービン(ST)42と、発
電機43と、復水器44と、煙突46とから構成されて
いる。蒸気発生器41は、GT発電部30のガスタービ
ン32から排出される排ガスG32が熱交換器60を経由
して排ガスG60となったあと、その熱を利用して水蒸気
を発生させ、水蒸気の一部S41a は天然ガスに混合させ
る内部改質用蒸気とし、ほとんどの水蒸気S41b は外部
の蒸気タービン42に供給する。
The GT exhaust heat recovery system 40 includes a steam generator (HRSG) 41, a steam turbine (ST) 42, a generator 43, a condenser 44, and a chimney 46. Steam generator 41 is, after the exhaust gas G 32 discharged from the gas turbine 32 of the GT power generation portion 30 becomes the exhaust gas G 60 through the heat exchanger 60, to generate steam by utilizing the heat, steam some S 41a is an internal reforming steam to be mixed to the natural gas, most of the steam S 41b to supply to the outside of the steam turbine 42.

【0015】蒸気タービン42は、蒸気発生器41から
供給された水蒸気S41b を作動流体として動力を回収す
る。発電機43は、蒸気タービン42と同軸に接続され
ており、蒸気タービン42の動力により作動して電力を
発生する。復水器44は、蒸気タービン42からの排出
蒸気S42を復水させ、復水W42a を蒸気発生器41に送
水する。圧縮空気A34は、(1)圧縮機吐出をそのまま
用いてもよく、(2)熱交換器64で加熱して用いても
よく、また、(1)と(2)を併用して所定温度として
用いてもよい。蒸気発生器41を通過した排ガスG41
煙突46から大気中に放出される。
The steam turbine 42 recovers power using the steam S 41 b supplied from the steam generator 41 as a working fluid. The generator 43 is coaxially connected to the steam turbine 42 and operates by the power of the steam turbine 42 to generate electric power. The condenser 44 condenses the steam S 42 discharged from the steam turbine 42 and sends the condensed water W 42 a to the steam generator 41. The compressed air A 34 may be used as (1) the compressor discharge as it is, (2) may be used after being heated by the heat exchanger 64, or may be used at a predetermined temperature by using (1) and (2) together. May be used. The exhaust gas G41 that has passed through the steam generator 41 is released from the chimney 46 into the atmosphere.

【0016】燃料ガス供給部80から供給される天然ガ
スF80(約15℃)は、GT発電部30内の熱交換器6
2に導入され、予熱される。熱交換器62を通過した天
然ガスF62は、蒸気発生器41から供給される内部改質
用蒸気S41a と混合される。あるいは、内部改質用蒸気
41a を用いず水を直接天然ガスF62にスプレー混合し
てもよい。内部改質用蒸気S41a と混ざり合い加熱器1
1で昇温した天然ガスF52は、反応ガス熱交換部24の
燃料ガス熱交換部24aに導入される。燃料ガス熱交換
部24a内に導入された天然ガスF24は、発電部20の
発生熱を回収することにより最適な作動温度(燃料改質
温度)まで昇温することになり、その熱交換により発電
部20も所望の作動温度に冷却保持されることとなる。
そして、最適作動温度まで昇温された天然ガスF24が、
発電部20の燃料極に導入される。
The natural gas F 80 (about 15 ° C.) supplied from the fuel gas supply unit 80 is supplied to the heat exchanger 6 in the GT power generation unit 30.
2 and preheated. The natural gas F62 that has passed through the heat exchanger 62 is mixed with the internal reforming steam S41a supplied from the steam generator 41. Alternatively, it may be sprayed mixed natural gas F 62 directly with water without using an internal reforming steam S 41a. Heater 1 mixed with internal reforming steam S 41a
Natural gas F 52 which was heated at 1 is introduced into the fuel gas heat exchange portion 24a of the reaction gas heat exchange section 24. The natural gas F 24 introduced into the fuel gas heat exchange unit 24a is heated to an optimum operating temperature (fuel reforming temperature) by recovering the heat generated by the power generation unit 20, and the heat exchange is performed. The power generation unit 20 is also cooled and maintained at a desired operating temperature.
Then, natural gas F 24 heated to the optimum operating temperature,
It is introduced to the fuel electrode of the power generation unit 20.

【0017】一方、空気供給部90からGT発電部30
内に取り入れられた空気A90(例えば、15℃)は、空
気圧縮機34により圧縮されることにより昇温する。圧
縮空気A34は、熱交換器64に供給される。熱交換器6
4を通過した圧縮空気A64は、熱交換器12で昇温した
のち反応ガス熱交換部24の空気熱交換部24bに導入
される。空気熱交換部24b内に導入された圧縮空気A
24は、FC発電部20の発生熱から熱回収して燃料改質
温度まて直接昇温され、FC発電部20も所定の作動温
度に冷却保持される。そして、最適作動温度まで昇温さ
れた圧縮空気A 24は、発電部20の空気極に導入され
る。
On the other hand, from the air supply unit 90 to the GT power generation unit 30
Air A taken in90(Eg, 15 ° C) is empty
The temperature is raised by being compressed by the gas compressor 34. Pressure
Compressed air A34Is supplied to the heat exchanger 64. Heat exchanger 6
4 compressed air A64Was heated in the heat exchanger 12.
After that, it is introduced into the air heat exchange part 24b of the reaction gas heat exchange part 24.
Is done. Compressed air A introduced into the air heat exchange section 24b
twenty fourRecovers heat from the heat generated by the FC power generation unit 20 and performs fuel reforming.
The temperature is raised directly to the temperature, and the FC power generation unit 20
Each time it is kept cool. Then raise the temperature to the optimal operating temperature.
Compressed air A twenty fourIs introduced into the air electrode of the power generation unit 20
You.

【0018】発電部20内において、燃料極へ導入され
た天然ガス及び水蒸気の混合ガスF 24は、燃料極(触
媒)上で反応して、水素を生成する。この内部改質反応
は吸熱反応(メタンの水蒸気改質)であるため、この反
応によってもFC発電部20の発生熱は吸熱される。ま
た、空気極の圧縮空気A24中の酸素は、O2-イオンとな
り、固体電解質膜を経由して移動し、燃料極の水素及び
一酸化炭素と燃焼反応を起こす。ここで、その反応熱を
うち、電気エネルギー(直流電力)に変換された残りの
分が熱として発生する。水或いは二酸化炭素の生成は発
熱反応であるが、FC発電部20に備えられた反応ガス
熱交換部24により適切に吸熱冷却されるのでFC発電
部20の温度は所定の作動温度に保持される。
In the power generation unit 20, the fuel is introduced into the fuel electrode.
Mixed gas F of natural gas and steam twenty fourIs the fuel electrode
Medium) to produce hydrogen. This internal reforming reaction
Is an endothermic reaction (steam reforming of methane).
The heat generated by the FC power generation unit 20 is absorbed by the reaction. Ma
Compressed air A at the cathodetwenty fourThe oxygen inside is O2-Ion
Move through the solid electrolyte membrane,
Causes combustion reaction with carbon monoxide. Here, the heat of reaction
Of which, the remaining converted to electrical energy (DC power)
Minutes are generated as heat. The production of water or carbon dioxide
Although it is a thermal reaction, the reaction gas provided in the FC power generation unit 20
FC power generation because it is appropriately absorbed and cooled by the heat exchange unit 24
The temperature of the section 20 is maintained at a predetermined operating temperature.

【0019】発電部20を通過した燃料極排ガス及び空
気極排ガスは、排ガスG20として燃焼部22に導入され
る。この燃焼部22において、排ガスG20中に残存する
未反応の天然ガス成分と酸素とは、高温のもとで容易に
燃焼反応を起こし、燃焼ガスG22となる。
The anode exhaust and cathode exhaust gas passing through the power generating unit 20 is introduced into the combustion section 22 as an exhaust gas G 20. In this combustion section 22, and the natural gas components and unreacted oxygen remaining in the exhaust gas G 20, readily undergo combustion reaction under elevated temperatures, the combustion gas G 22.

【0020】この複合発電プラント1Aでは、発電部2
0に付設された空気熱交換器24bにより、空気はFC
発電部20の発生熱によって直接昇温され、その冷却に
よってFC発電部20は所定の作動温度に保持されるこ
とになる。従って、従来はせいぜい100℃の温度上昇
であるが、本技術では数100℃の空気昇温幅のため、
空気流量を小さくできる。つまり、冷却における空気の
利用率が向上する。つまり、プラント総出力に対するF
C出力が増加する。燃料ガス熱交換部24aを上記の空
気熱交換部24bと併せて設置し、空気に加えて燃料ガ
スもFC発電部20の発生熱を回収して直接昇温させら
れる。つまり、空気と燃料の2流体にてFC発電部20
を冷却し、所定の作動温度域に保持する。
In the combined power plant 1A, the power generation unit 2
The air is exchanged by the air heat exchanger 24b attached to the
The temperature is directly raised by the heat generated by the power generation unit 20, and the cooling thereof keeps the FC power generation unit 20 at a predetermined operating temperature. Therefore, conventionally, the temperature rise is at most 100 ° C., but in the present technology, the air temperature rise width is several 100 ° C.,
Air flow rate can be reduced. That is, the utilization rate of air in cooling is improved. In other words, F
The C output increases. The fuel gas heat exchanging unit 24a is installed in combination with the air heat exchanging unit 24b. In addition to the air, the fuel gas is also directly heated by collecting the heat generated by the FC power generation unit 20. That is, the FC power generation unit 20 uses two fluids, air and fuel.
Is cooled and maintained at a predetermined operating temperature range.

【0021】さらに、燃焼部22から排出される高温の
排ガスG22は、反応ガス加熱器10での熱回収により減
温したのちGT発電部30に供給される。燃焼器31に
て所定のタービン入口温度を得るので排ガスG50が高温
であるほど燃焼器31での投入燃料が少なくて済、プラ
ント効率を先に述べた従来の複合発電プラントよりも大
幅に向上させることができる。
Furthermore, high temperature exhaust gas G 22 discharged from the combustion unit 22 is supplied to the GT power generation portion 30 then was allowed reduced by heat recovery in the reaction gas heater 10. Greatly improved since obtain a predetermined turbine inlet temperature by the combustor 31 already exhaust gas G 50 is less fuel input in the combustor 31 as is the high temperature, than a conventional combined cycle power plant described a plant efficiency previously Can be done.

【0022】一方、燃焼部22から排出された高温の排
ガスG22は、GT発電部30のガスタービン32に導入
され、ガスタービン32を駆動する。これにより、ガス
タービン32が駆動動力源となり、これと同軸に接続さ
れた空気圧縮機34と発電機36とがそれぞれ作動す
る。ガスタービン32から排出された排ガスG32は、熱
交換器60を経由したあと蒸気発生器41に導入され、
蒸気発生器41で発生した蒸気は一部を先に述べたよう
に内部改質用蒸気S41a として用い、残りのほとんどの
蒸気S41b は、蒸気タービン42に供給される。
On the other hand, the exhaust gas G 22 is a high temperature discharged from the combustion section 22, is introduced into the gas turbine 32 of the GT power generation portion 30, to drive the gas turbine 32. As a result, the gas turbine 32 serves as a driving power source, and the air compressor 34 and the generator 36 connected coaxially with the gas turbine 32 operate. Exhaust gas G 32 discharged from the gas turbine 32 is introduced after the steam generator 41 via the heat exchanger 60,
Part of the steam generated by the steam generator 41 is used as the internal reforming steam S 41 a as described above, and most of the remaining steam S 41 b is supplied to the steam turbine 42.

【0023】そして、蒸気S41b は、蒸気タービン42
が駆動動力源となり、これと同軸に接続された発電機4
3が作動して電力を発生する。蒸気S41b は、蒸気ター
ビン42でエネルギ回収されて排出蒸気S42を排出し、
復水器44に導入される。復水器44から、復水W42a
を蒸気発生器41に送水する。一方、蒸気発生器41か
ら排出される排ガスG41は、煙突46から大気中へ放出
される。
The steam S 41b is supplied to the steam turbine 42
Is a driving power source, and a generator 4 coaxially connected to the driving power source.
3 operates to generate electric power. The steam S 41 b is recovered in energy by the steam turbine 42 and discharges the discharged steam S 42 ,
It is introduced into the condenser 44. From condenser 44, condensate W 42a
To the steam generator 41. On the other hand, the exhaust gas G 41 discharged from the steam generator 41 is released from the chimney 46 into the atmosphere.

【0024】図2、図3に基づいて図1に示した発電設
備1Aの燃料電池装置2の構成概略及び冷却流体として
の燃料及び空気の循環状況を説明する。
The schematic configuration of the fuel cell device 2 of the power generation facility 1A shown in FIG. 1 and the circulation of fuel and air as a cooling fluid will be described with reference to FIGS.

【0025】図に示すように、天然ガスF62及び圧縮空
気A64が燃焼部22内に構成される燃料ガス加熱器11
と空気加熱器12に導入され、発電部20の冷却を行う
所定の温度にされた後、FC作動用の天然ガスF24及び
圧縮空気A24としてFCを冷却しながら発電部20に投
入される。発電部20の排ガスG20は燃焼ガスG22とし
て燃焼部22で燃焼されると共に燃料ガス加熱器11と
空気加熱器12の加熱媒体となる。
As shown in the figure, the natural gas F 62 and the compressed air A 64 are supplied to the fuel gas heater 11 in the combustion section 22.
And the air is heated to a predetermined temperature at which the power generation unit 20 is cooled. Then, the natural gas F 24 and the compressed air A 24 for FC operation are injected into the power generation unit 20 while cooling the FC. . The exhaust gas G 20 of the power generation unit 20 is the heating medium in the fuel gas heater 11 and air heater 12 while being burned in the combustion section 22 as the combustion gas G 22.

【0026】このように、発電部20の作動用に導入さ
れる天然ガスF62及び圧縮空気A64により発電部20の
冷却を行うので、冷却用としての空気を別途導入する必
要がない。このため、作動に必要な圧縮空気だけを圧縮
機34から導入すればよく、燃料電池装置2のための圧
縮機34の動力が削減され、発電量に対して圧縮動力が
小さく抑えられるので所内動力を削減できる。
As described above, since the power generation unit 20 is cooled by the natural gas F 62 and the compressed air A 64 introduced for the operation of the power generation unit 20, it is not necessary to separately introduce air for cooling. For this reason, only the compressed air necessary for the operation needs to be introduced from the compressor 34, and the power of the compressor 34 for the fuel cell device 2 is reduced. Can be reduced.

【0027】図4、図5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4、図5には本発明の他の実
施形態例に係る燃料電池装置の冷却流体の循環系統を示
してある。
Another embodiment of the fuel cell device will be described with reference to FIGS. 4 and 5 show a circulation system of a cooling fluid of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【0028】図4に示すように、天然ガスF62及び圧縮
空気A64が燃焼部22内に構成される燃料ガス加熱器1
1と空気加熱器12に導入される。燃料ガス加熱器11
で途中の温度まで昇温した天然ガスは燃料ガス加熱器1
4(図4の燃料ガス加熱器11と燃料ガス加熱器14が
図1の燃料ガス加熱器11に相当)で加熱された後、作
動用の天然ガスとして発電部20に投入される。空気加
熱器12で熱交換された圧縮空気は空気熱交換部24b
で発電部20の冷却を行った後(図1の空気加熱器12
に相当)、作動用の圧縮空気として発電部20に投入さ
れると同時に、一部が燃料加熱器14で熱交換されて減
温し空気熱交換部24bの前流側に合流される。燃料加
熱器14で熱交換にて減温された圧縮空気は、ブロア1
5により空気熱交換部24bの前流側に送られる。
As shown in FIG. 4, the natural gas F 62 and the compressed air A 64 are provided in the combustion section 22 by the fuel gas heater 1.
1 and the air heater 12. Fuel gas heater 11
The natural gas heated to the middle temperature in the fuel gas heater 1
4 (the fuel gas heater 11 and the fuel gas heater 14 in FIG. 4 correspond to the fuel gas heater 11 in FIG. 1), and are then supplied to the power generation unit 20 as natural gas for operation. The compressed air heat-exchanged by the air heater 12 is supplied to the air heat exchange section 24b.
After cooling the power generation unit 20 (see the air heater 12 in FIG. 1).
), And at the same time, it is supplied to the power generation unit 20 as compressed air for operation, and at the same time, part of the heat is exchanged by the fuel heater 14 to reduce the temperature and join the upstream side of the air heat exchange unit 24b. The compressed air whose temperature has been reduced by heat exchange in the fuel heater 14 is blower 1
5 to the upstream side of the air heat exchange section 24b.

【0029】図4に示した燃料電池装置は、空気熱交換
部24bにおいて作動用の圧縮空気A64によってのみ発
電部20の冷却が行なわれる。天然ガスF62の加熱は発
電部20で昇温した圧縮空気の一部が用いられ、燃料加
熱のために減温した圧縮空気は再循環して空気熱交換部
24bで再熱される。このため、作動用の圧縮空気A 64
でのみ発電部20の全体の冷却が行なわれ、そのうち、
天然ガスF62用の加熱量は燃料加熱器14で受け渡され
る。
The fuel cell device shown in FIG.
Compressed air A for operation in section 24b64Departs only by
The cooling of the electric unit 20 is performed. Natural gas F62Heating
A part of the compressed air heated by the electric
The compressed air whose temperature has been reduced due to heat is recirculated to the air heat exchange section.
Reheated at 24b. For this reason, the compressed air for operation A 64
Only the cooling of the entire power generation unit 20 is performed,
Natural gas F62The amount of heating for
You.

【0030】図5に示すように、天然ガスF62及び圧縮
空気A64が燃焼部22内に構成される燃料ガス加熱器1
1と空気加熱器12に導入される。発電部20には冷却
部(図1の燃料ガス熱交換部24a、空気熱交換部24
bに相当する熱回収)17が設けられ、冷却部17には
ブロア18により熱交換器19を循環する冷却用の気体
(蒸気または空気)が導入される。燃料ガス加熱器11
及び空気加熱器12で途中の温度に加熱された天然ガス
62及び圧縮空気A64は、熱交換器19で熱交換されて
作動用の天然ガス及び圧縮空気として発電部20に導入
される。つまり、発電部20の冷却は、作動用の天然ガ
ス及び圧縮空気により熱交換された循環流体によって行
われ、作動用の天然ガス及び圧縮空気が間接的に冷却に
寄与している。
As shown in FIG. 5, the fuel gas heater 1 in which the natural gas F 62 and the compressed air A 64 are formed in the combustion section 22.
1 and the air heater 12. The power generation unit 20 includes a cooling unit (the fuel gas heat exchange unit 24a, the air heat exchange unit 24 in FIG. 1).
A cooling gas (steam or air) circulating through the heat exchanger 19 is introduced into the cooling unit 17 by the blower 18. Fuel gas heater 11
And natural gas F 62 and compressed air A 64 which has been heated in the middle of the temperature in the air heater 12 is introduced to the power generation unit 20 as the natural gas and compressed air for operating is heat exchanged in heat exchanger 19. That is, the cooling of the power generation unit 20 is performed by the circulating fluid in which heat is exchanged with the working natural gas and the compressed air, and the working natural gas and the compressed air indirectly contribute to the cooling.

【0031】図1の複合発電プラント1Aでは、燃焼部
22が反応ガス熱交換部24の外部に設けられている。
これにより、燃焼ガスG22の熱により反応ガス加熱器1
0において燃料ガス及び空気を高温に加熱することが可
能となる。また、GT発電部30には、ガスタービン3
2の上流側のガスライン上に燃焼器31が備えられてい
る。燃焼器31は、反応ガス加熱器10から排出される
排出ガスG50をガスタービン32に導入する前に所定温
度の高温ガスとするためのものであり、反応ガス加熱器
10の熱交換により、減温した排出ガスG50を再度昇温
させる。
In the combined cycle power plant 1A shown in FIG. 1, the combustion section 22 is provided outside the reaction gas heat exchange section 24.
Thus, the reaction gas heater by the heat of the combustion gas G 22 1
At 0, the fuel gas and air can be heated to a high temperature. The GT power generation unit 30 includes a gas turbine 3
A combustor 31 is provided on the gas line on the upstream side of 2. Combustor 31, the exhaust gas G 50 discharged from the reaction gas heater 10 provided for the hot gas of a predetermined temperature prior to introduction into the gas turbine 32, by heat exchange of the reaction gas heater 10, the reduction was raised was discharged gas G 50 increase the temperature again.

【0032】本発明の他の実施形態例に係る発電設備1
Bを説明する。図6には本発明の他の実施形態例に係る
発電設備の概略構成、図7には本発明の他の実施形態例
に係る燃料電池装置の概略構成、図8には冷却流体の循
環系統を示してある。尚、図1乃至図5に示した発電設
備1A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。
Power generation equipment 1 according to another embodiment of the present invention
B will be described. FIG. 6 is a schematic configuration of a power generation facility according to another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a schematic configuration of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention, and FIG. Is shown. Note that the same components as those of the power generation facility 1A shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

【0033】燃料ガス供給部80から供給される天然ガ
スF80(例えば、15℃)は、反応ガス熱交換部24の
燃料ガス熱交換部24aに導入される。燃料ガス熱交換
部24a内に導入された天然ガスF80は、発電部20の
発生熱により直接昇温させられる。燃料ガス熱交換部2
4aから排出された天然ガスF24a は、反応ガス加熱器
10の燃料ガス加熱器11に導入され、燃焼ガスG22
熱交換することにより更に昇温する。燃料ガス加熱器1
1を通過した天然ガスF52は、蒸気発生器41から供給
される内部改質用蒸気S41a と混合される。内部改質用
蒸気S41a と混ざり合った天然ガスF52は発電部20の
燃料極に導入される。蒸気の温度条件によっては、蒸気
と混合する天然ガスは、天然ガスF80または天然ガスF
24a であってもよい。
The natural gas F 80 (for example, 15 ° C.) supplied from the fuel gas supply section 80 is introduced into the fuel gas heat exchange section 24 a of the reaction gas heat exchange section 24. The natural gas F 80 introduced into the fuel gas heat exchange unit 24 a is directly heated by the heat generated by the power generation unit 20. Fuel gas heat exchange section 2
Natural gas F 24a discharged from 4a is introduced into the fuel gas heater 11 of the reaction gas heater 10, further raising the temperature by the heat exchanger combustion gases G 22. Fuel gas heater 1
1 natural gas F 52 that has passed through the is mixed with internal reforming steam S 41a supplied from the steam generator 41. Natural gas F 52 intermingled with internal reforming steam S 41a is introduced to the fuel electrode of the power generation unit 20. Depending on the steam temperature conditions, the natural gas mixed with the steam may be natural gas F 80 or natural gas F
24a .

【0034】これにより、燃料ガス熱交換部24aと燃
料ガス加熱器11とを利用して、低温で導入された天然
ガスF90を最適作動温度まで昇温させることができ、F
C発電部20を所定の作動温度に保持する際、発電設備
1Aよりも低温の燃料でより効率よく発電部20を冷却
することができる。
[0034] Thus, by utilizing a fuel gas heat exchanger section 24a and the fuel gas heater 11, it can be heated to the optimum operating temperature of the natural gas F 90 introduced at low temperatures, F
When the C power generation unit 20 is maintained at a predetermined operating temperature, the power generation unit 20 can be cooled more efficiently with lower-temperature fuel than the power generation equipment 1A.

【0035】一方、空気供給部90からGT発電部30
内の空気圧縮機34を経由して供給される圧縮空気A34
も上記の天然ガスと同様にして空気熱交換部24bに導
入され、空気加熱器12を経由して圧縮空気A54として
発電部20の空気極に導入される。
On the other hand, from the air supply unit 90 to the GT power generation unit 30
Compressed air A 34 supplied via the air compressor 34
Even in the same manner as the above natural gas is introduced into the air heat exchanger section 24b, it is introduced to the air electrode of the power generation unit 20 through the air heater 12 as the compressed air A 54.

【0036】プラント起動時においては、発電部20
を、自らの排熱、すなわち、反応ガス熱交換部24の熱
を有効に利用して瞬時に所定の作動温度まで昇温させる
ことができる。これにより、プラント起動時のFCの安
定化が制御しやすくなり定常作動状態に至るまでの時間
を短縮できる。また、プラントが定常作動状態である場
合には、大量の熱が発電部20から空気熱交換部24b
と燃料ガス熱交換部24aに回収されるので、空気加熱
器12と燃料ガス加熱器11とから、空気と燃料ガスと
に対して与えるべき熱量は必要最小限で足りる。
When the plant is started, the power generation unit 20
Can be instantaneously heated to a predetermined operating temperature by effectively utilizing its own exhaust heat, that is, the heat of the reaction gas heat exchange unit 24. This makes it easier to control the stabilization of the FC at the time of starting the plant, and shortens the time required to reach a steady operation state. When the plant is in a steady operation state, a large amount of heat is generated from the power generation unit 20 by the air heat exchange unit 24b.
And the fuel gas heat exchange section 24a, the amount of heat to be given to the air and the fuel gas from the air heater 12 and the fuel gas heater 11 is a minimum required.

【0037】これにより、例えば、プラントが定常作動
状態になった時点で、反応ガス加熱器10の熱交換率を
変化させることができる構成や、ガスラインを燃料ガス
及び空気のパスを切り替え可能にするか或いは燃焼部2
2の燃焼ガスG22のパスを切り換え可能な構成等を採用
することにより、燃焼部22の燃焼ガスを極力高温に保
ったままGT発電部30に供給することが可能となる。
この場合においては、GT発電部30の燃焼器31は不
要となることもあり、これらの効果によりさらにプラン
ト効率を向上させることができる。
Thus, for example, when the plant enters a steady state, the heat exchange rate of the reaction gas heater 10 can be changed, and the gas line can be switched between fuel gas and air paths. Or burning part 2
By adopting a possible configuration and the like switching the path 2 of the combustion gas G 22, can be supplied to the GT power generation portion 30 while maintaining as much as possible to the hot combustion gases in the combustion section 22.
In this case, the combustor 31 of the GT power generation unit 30 may not be necessary, and these effects can further improve the plant efficiency.

【0038】図7、図8に基づいて図6に示した発電設
備1Bの燃料電池装置2の構成概略及び冷却流体として
の燃料及び空気の循環状況を説明する。
The schematic configuration of the fuel cell device 2 of the power generation facility 1B shown in FIG. 6 and the circulation of fuel and air as a cooling fluid will be described with reference to FIGS.

【0039】図に示すように、天然ガスF80及び圧縮空
気A34が発電部20の燃料ガス熱交換部24a及び空気
熱交換部24bに導入されて発電部20の冷却を行う。
発電部20の冷却を行った天然ガスF24a 及び圧縮空気
24b が燃焼部22内に構成される燃料ガス加熱器11
と空気加熱器12に導入され、作動用の天然ガスF52
び圧縮空気A54として発電部20に投入される。発電部
20の排ガスG20は燃焼部22で燃焼されて燃焼ガスG
22となり燃料ガス加熱器11と空気加熱器12の加熱媒
体となる。
As shown in the figure, the natural gas F 80 and the compressed air A 34 are introduced into the fuel gas heat exchange section 24a and the air heat exchange section 24b of the power generation section 20 to cool the power generation section 20.
The natural gas F 24a and the compressed air A 24b that have cooled the power generation unit 20 are provided in the combustion unit 22 by the fuel gas heater 11
And is introduced into air heater 12, is introduced into the power generation unit 20 as the natural gas F 52 and compressed air A 54 for working. The exhaust gas G 20 of the power generation unit 20 is burned in the combustion portion 22 the combustion gas G
22 becomes a heating medium for the fuel gas heater 11 and the air heater 12.

【0040】このように、発電部20の作動用に導入さ
れる低温の天然ガスF62及び圧縮空気A64により発電部
20の冷却を行い、冷却を行った後の天然ガスF62及び
圧縮空気A64を燃料ガス加熱器11と空気加熱器12で
作動用の所定温度に昇温するので、冷却用としての空気
を別途導入する必要がない。このため、燃焼作動に必要
な空気だけを圧縮機34から導入すればよく、燃料電池
装置2のための圧縮機34の動力が削減される。そし
て、発電部20と冷却流体(天然ガスF62及び圧縮空気
64)の温度差を大きくとれるので、発電部20の冷却
が容易となる。また、作動用の所定温度への昇温制御が
容易となる。
[0040] In this manner, cooling of the power generation section 20 by cold natural gas F 62 and compressed air A 64 to be introduced for operation of the power generation unit 20, the natural gas F 62 and compressed air after the cooling since the a 64 is heated to a predetermined temperature for operating at a fuel gas heater 11 and air heater 12, it is not necessary to separately introducing air for cooling. Therefore, only the air necessary for the combustion operation needs to be introduced from the compressor 34, and the power of the compressor 34 for the fuel cell device 2 is reduced. Since the temperature difference between the power generation unit 20 and the cooling fluid (the natural gas F62 and the compressed air A64 ) can be increased, the cooling of the power generation unit 20 is facilitated. Further, the control for raising the temperature to the predetermined temperature for operation becomes easy.

【0041】図9、図10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9、図10には本発明の他
の実施形態例に係る燃料電池装置の冷却流体の循環系統
を示してある。
Another embodiment of the fuel cell device will be described with reference to FIGS. 9 and 10 show a circulation system of a cooling fluid of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【0042】図9に示すように、天然ガスF80が燃料ガ
ス加熱器8で加熱されて天然ガスF 24a となって燃料ガ
ス加熱器11に送られる。燃料ガス加熱器11で加熱さ
れた天然ガスは作動用の天然ガスF24として発電部20
に投入される。また、圧縮空気A34は空気熱交換部24
bで発電部20の冷却を行った後、燃料ガス加熱器8で
熱交換されてブロア9により昇圧して空気加熱器12に
送られる。空気加熱器12で加熱された圧縮空気A54
作動用として発電部20に投入される。
As shown in FIG. 9, natural gas F80Is a fuel gas
Natural gas F 24aBecome fuel gas
To the heater 11. Heated by fuel gas heater 11
Natural gas for operation is natural gas Ftwenty fourPower generation unit 20
It is thrown into. Also, compressed air A34Is the air heat exchange unit 24
After cooling the power generation unit 20 in b, the fuel gas heater 8
The heat is exchanged and the pressure is increased by the blower 9 to the air heater 12.
Sent. Compressed air A heated by air heater 1254Is
The power is supplied to the power generation unit 20 for operation.

【0043】図9に示した燃料電池装置は、空気熱交換
部24bで作動用の空気A34でのみ発電部20の冷却が
行なわれる。天然ガスF80の加熱は発電部20で昇温し
た圧縮空気が用いられ、燃料加熱の結果減温した圧縮空
気は再循環して空気加熱器12で再熱されて作動用の圧
縮空気A54となる。このため、作動用の圧縮空気A34
のみ発電部20の冷却が行なわれる。また、発電部20
を低温の圧縮空気で冷却しているので、燃料ガス加熱器
8を通った圧縮空気の温度も低くすることができ、ブロ
ア9により昇圧する圧縮空気の温度を低くすることがで
きる。このため、ブロア9の動力を削減することがで
き、補機として最小限の動力とすることができる。
In the fuel cell device shown in FIG. 9, the power generation unit 20 is cooled only by the operating air A 34 in the air heat exchange unit 24b. Compressed air heated at the power generation unit 20 is used for heating the natural gas F 80 , and the compressed air whose temperature has been reduced as a result of fuel heating is recirculated and reheated by the air heater 12, and the compressed air A 54 for operation is used. Becomes Therefore, only the cooling of the power generation section 20 in the compressed air A 34 for working is performed. The power generation unit 20
Is cooled by low-temperature compressed air, so that the temperature of the compressed air passing through the fuel gas heater 8 can also be reduced, and the temperature of the compressed air pressurized by the blower 9 can be reduced. Therefore, the power of the blower 9 can be reduced, and the power of the auxiliary machine can be minimized.

【0044】図10に示すように、発電部20には冷却
部(図6の燃料ガス熱交換部24a、空気熱交換部24
bに相当)7が設けられ、冷却部7にはブロア6により
熱交換器5を循環する流体(例えば、蒸気または空気)
が導入される。天然ガスF80及び圧縮空気A34は、熱交
換器5で熱交換されて燃焼部22内に構成される燃料ガ
ス加熱器11と空気加熱器12に導入される。燃料ガス
加熱器11及び空気加熱器12で所定の温度に加熱され
た天然ガス及び圧縮空気は、作動用の天然ガスF24及び
作動用の圧縮空気A54として発電部20に投入される。
As shown in FIG. 10, the power generation unit 20 includes a cooling unit (the fuel gas heat exchange unit 24a and the air heat exchange unit 24 shown in FIG. 6).
b), and a fluid (for example, steam or air) circulated through the heat exchanger 5 by the blower 6 in the cooling unit 7
Is introduced. The natural gas F 80 and the compressed air A 34 undergo heat exchange in the heat exchanger 5 and are introduced into the fuel gas heater 11 and the air heater 12 configured in the combustion section 22. Natural gas and compressed air in the fuel gas heater 11 and the air heater 12 is heated to a predetermined temperature, it is charged to the power generation unit 20 as the compressed air A 54 natural gas F 24 and for operating for operating.

【0045】つまり、発電部20の冷却は、作動用の天
然ガス及び圧縮空気により熱交換された循環流体によっ
て行われ、作動用の天然ガス及び圧縮空気が間接的に冷
却に寄与している。そして、熱交換器5では、低温の天
然ガスF80及び圧縮空気A34と循環流体とを熱交換させ
るので、循環流体そのものの温度を低温に抑制できる。
その結果、ブロア6の動力を削減することができ、補機
として最小限の動力とすることができる。
That is, the cooling of the power generation unit 20 is performed by the circulating fluid in which heat is exchanged with the working natural gas and the compressed air, and the working natural gas and the compressed air indirectly contribute to the cooling. Then, the heat exchanger 5, because the low-temperature natural gas F 80 and compressed air A 34 and the circulating fluid to the heat exchanger, can suppress the temperature of the circulating fluid itself cool.
As a result, the power of the blower 6 can be reduced, and the power of the auxiliary machine can be minimized.

【0046】上述した実施形態例では、GT発電部30
及びGT排熱回収系40を組み合わせた複合発電設備に
燃料電池装置2を適用した例を示したが、他の発電設備
に適用することも可能である。この場合、燃料は他の設
備のポンプにより圧送され、圧縮空気は他の設備の圧縮
機(加圧設備の場合)もしくはブロア(常圧設備の場
合)により導入される。また、燃料電池装置2で生成さ
れる燃焼ガスは、他の設備で回収される。
In the embodiment described above, the GT power generation unit 30
Although the example in which the fuel cell device 2 is applied to the combined power generation facility in which the fuel cell system 2 is combined with the GT exhaust heat recovery system 40 has been described, the invention can be applied to other power generation facilities. In this case, the fuel is pumped by a pump of another facility, and the compressed air is introduced by a compressor (for a pressurized facility) or a blower (for a normal pressure facility) of the other facility. Further, the combustion gas generated by the fuel cell device 2 is collected by another facility.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の燃料電池装置及び燃料電池装置
を適用した発電設備は、空気と燃料とを電解質膜を介し
て反応させて発電する燃料電池発電部と、該燃料電池発
電部から排出される空気極排ガス及び燃料極排ガスを燃
焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃料電池発
電部の作動用の空気もしくは空気と燃料の両方が導入さ
れることにより該燃料電池発電部を冷却する冷却手段と
を備え冷却用としての空気を燃焼用空気以上余分に別途
導入する必要がない。この結果、作動に必要な圧縮空気
だけを導入すればよく、燃料電池装置のための空気圧送
源の動力が相対的に小さくなり、空気量に対する発電出
力の割合を高めることができ、燃料電池装置の発電出力
/効率及び発電設備全体の出力/効率が向上する。
As described above, the fuel cell device of the present invention and the power generation equipment to which the fuel cell device is applied include a fuel cell power generation unit for generating power by reacting air and fuel via an electrolyte membrane, and a discharge unit from the fuel cell power generation unit. The combustion unit that generates the combustion gas by burning the air electrode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas, and the air or both air and fuel for operating the fuel cell power generation unit are introduced by introducing the fuel cell power generation unit. There is no need to separately introduce extra cooling air as compared with combustion air. As a result, only the compressed air necessary for the operation needs to be introduced, the power of the pneumatic pressure source for the fuel cell device becomes relatively small, and the ratio of the power generation output to the air amount can be increased. And the output / efficiency of the entire power generation facility is improved.

【0048】また、本発明の燃料電池装置及び燃料電池
装置を適用した発電設備は、空気と燃料とを電解質膜を
介して反応させて発電する燃料電池発電部と、該燃料電
池発電部から排出される空気極排ガス及び燃料極排ガス
を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃料電
池発電部の作動用の空気もしくは空気と燃料の両方を燃
料電池発電部の排気により加熱する加熱部と、前記燃料
電池発電部の作動用の空気及び燃料の少なくとも一方が
投入されることにより該燃料電池発電部を冷却する冷却
手段とを備え、冷却用としての空気を燃焼用空気以上余
分に別途導入する必要がない。この結果、作動に必要な
圧縮空気だけを導入すればよく、燃料電池装置のための
空気圧送源の動力が相対的に小さくなり、空気量に対す
る発電出力の割合を高めることができ、燃料電池装置の
発電出力/効率及び発電設備全体の出力/効率が向上す
る。そして、ガスタービン側から供給される燃料と空気
は一切加熱せず低温のまま燃料電池へ供給する。この
際、冷却媒体である空気(空気と燃料)の昇温幅が広が
るため、燃料電池の冷却操作が非常にやりやすくなり、
また、熱交換部分の伝熱面積が小さく(つまりコンパク
トに)することができる。
Further, the fuel cell device of the present invention and the power generation equipment to which the fuel cell device is applied include a fuel cell power generation unit for generating power by reacting air and fuel through an electrolyte membrane, A combustion unit that burns the air electrode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas to generate combustion gas, and a heating unit that heats the operating air or both air and fuel of the fuel cell power generation unit with the exhaust gas of the fuel cell power generation unit. And a cooling means for cooling the fuel cell power generation section by at least one of the air and fuel for operating the fuel cell power generation section being supplied, wherein the air for cooling is additionally provided in excess of the air for combustion. No need to introduce. As a result, only the compressed air necessary for the operation needs to be introduced, the power of the pneumatic pressure source for the fuel cell device becomes relatively small, and the ratio of the power generation output to the air amount can be increased. And the output / efficiency of the entire power generation facility is improved. The fuel and air supplied from the gas turbine are supplied to the fuel cell at a low temperature without any heating. At this time, since the temperature rise of the air (air and fuel) as the cooling medium is widened, the cooling operation of the fuel cell becomes very easy,
Further, the heat transfer area of the heat exchange portion can be reduced (that is, the heat exchange area can be made compact).

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

【図1】本発明の一実施形態例に係る発電設備の概略構
成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power generation 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概
略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.

【図3】冷却流体の循環系統図。FIG. 3 is a diagram of a circulation system of a cooling fluid.

【図4】本発明の他の実施形態例に係る燃料電池装置の
冷却流体の循環系統図。
FIG. 4 is a circulation system diagram of a cooling fluid of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施形態例に係る燃料電池装置の
冷却流体の循環系統図。
FIG. 5 is a circulating system diagram of a cooling fluid of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施形態例に係る発電設備の概略
構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a power generation 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燃料電池装置の
概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【図8】冷却流体の循環系統図。FIG. 8 is a circulation system diagram of a cooling fluid.

【図9】本発明の他の実施形態例に係る燃料電池装置の
冷却流体の循環系統図。
FIG. 9 is a circulating system diagram of a cooling fluid of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施形態例に係る燃料電池装置
の冷却流体の循環系統図。
FIG. 10 is a circulating system diagram of a cooling fluid of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】 1A,1B 発電設備 2 燃料電池装置 5,19 熱交換器 6,9,15,18 ブロア 7,17 冷却部 8 燃料ガス加熱器 10 反応ガス加熱器 11 燃料ガス加熱器 12 空気加熱器 14 燃料ガス加熱器 20 燃料電池発電部(発電部) 22 燃焼部 24 反応ガス熱交換器 30 GT発電部 32 ガスタービン 34 空気圧縮機 36 発電機 38 熱交換器 40 GT排熱回収系[Description of Signs] 1A, 1B Power generation equipment 2 Fuel cell device 5,19 Heat exchanger 6,9,15,18 Blower 7,17 Cooling unit 8 Fuel gas heater 10 Reaction gas heater 11 Fuel gas heater 12 Air Heater 14 Fuel gas heater 20 Fuel cell power generation unit (power generation unit) 22 Combustion unit 24 Reaction gas heat exchanger 30 GT power generation unit 32 Gas turbine 34 Air compressor 36 Generator 38 Heat exchanger 40 GT exhaust heat recovery system

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 空気と燃料とを電解質膜を介して反応さ
せて発電する燃料電池発電部と、該燃料電池発電部から
排出される空気極排ガス及び燃料極排ガスを燃焼させて
燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃料電池発電部の作
動用の空気及び燃料の少なくとも一方が導入されること
により該燃料電池発電部を冷却する冷却手段とを備えた
ことを特徴とする燃料電池装置。
1. A fuel cell power generation unit for generating power by reacting air and fuel through an electrolyte membrane, and burning an air electrode exhaust gas and a fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit to generate a combustion gas. A fuel cell device, comprising: a combustion section that performs cooling; and cooling means that cools the fuel cell power generation section by introducing at least one of air and fuel for operating the fuel cell power generation section.
【請求項2】 空気と燃料とを電解質膜を介して反応さ
せて発電する燃料電池発電部と、該燃料電池発電部から
排出される空気極排ガス及び燃料極排ガスを燃焼させて
燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃料電池発電部の作
動用の空気及び燃料を燃料電池発電部の排気により加熱
する加熱部と、前記燃料電池発電部の作動用の空気及び
燃料の少なくとも一方が投入されることにより該燃料電
池発電部を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とす
る燃料電池装置。
2. A fuel cell power generation unit for generating power by reacting air and fuel through an electrolyte membrane, and burning an air electrode exhaust gas and a fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit to generate a combustion gas. And a heating unit for heating the operating air and fuel of the fuel cell power generation unit with the exhaust gas of the fuel cell power generation unit, and at least one of the operating air and fuel for operating the fuel cell power generation unit. And a cooling means for cooling the fuel cell power generation section.
【請求項3】 請求項2において、前記冷却手段に導入
される空気及び燃料は、加熱部で加熱された後の空気及
び燃料であることを特徴とする燃料電池装置。
3. The fuel cell device according to claim 2, wherein the air and fuel introduced into the cooling means are air and fuel heated by a heating unit.
【請求項4】 請求項2において、加熱部に導入される
空気及び燃料は、冷却手段で前記燃料電池発電部を冷却
した後の空気及び燃料であることを特徴とする燃料電池
装置。
4. The fuel cell device according to claim 2, wherein the air and the fuel introduced into the heating unit are the air and the fuel after the cooling unit cools the fuel cell power generation unit.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項の
燃料電池装置を適用した発電設備において、前記燃料は
他系統の設備のポンプにより圧送されることを特徴とす
る発電設備。
5. A power generation facility to which the fuel cell device according to any one of claims 1 to 4 is applied, wherein the fuel is pumped by a pump of a facility of another system.
【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項の
燃料電池装置において、前記空気は他系統の設備の空気
供給手段により圧送されることを特徴とする発電設備。
6. The power generation equipment according to claim 1, wherein the air is pressure-fed by air supply means of equipment of another system.
【請求項7】 請求項6の発電設備において、前記空気
供給手段は圧縮機であることを特徴とする発電設備。
7. The power generation facility according to claim 6, wherein said air supply means is a compressor.
【請求項8】 請求項6の発電設備において、前記空気
供給手段はブロアであることを特徴とする発電設備。
8. The power generation facility according to claim 6, wherein said air supply means is a blower.
【請求項9】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項の
燃料電池装置において、前記燃焼部で生成された燃焼ガ
スは他系統の発電設備に供給されることを特徴とする発
電設備。
9. The power generation equipment according to claim 1, wherein the combustion gas generated in the combustion part is supplied to a power generation equipment of another system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273252A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Osaka Gas Co Ltd Solid oxide fuel cell system

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