JP2001351665A - 複合発電装置及びその起動方法 - Google Patents
複合発電装置及びその起動方法Info
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- JP2001351665A JP2001351665A JP2000173364A JP2000173364A JP2001351665A JP 2001351665 A JP2001351665 A JP 2001351665A JP 2000173364 A JP2000173364 A JP 2000173364A JP 2000173364 A JP2000173364 A JP 2000173364A JP 2001351665 A JP2001351665 A JP 2001351665A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】複合発電装置を起動する際、燃料電池の燃料改
質器や空気予熱器に苛酷な温度勾配を生じさせないよう
にする。 【解決手段】ガスタービン３と固体電解質型燃料電池５
から構成されている複合発電装置である。ガスタービン
の排ガスライン１５に、その上流から下流に向かって、
順次、助燃バーナー１６、予熱器４及び蒸気発生器１７
を配設する。
質器や空気予熱器に苛酷な温度勾配を生じさせないよう
にする。 【解決手段】ガスタービン３と固体電解質型燃料電池５
から構成されている複合発電装置である。ガスタービン
の排ガスライン１５に、その上流から下流に向かって、
順次、助燃バーナー１６、予熱器４及び蒸気発生器１７
を配設する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力比が５以下の
小型ガスタービンと固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
から構成されている複合発電装置及びその起動方法に関
する。
小型ガスタービンと固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
から構成されている複合発電装置及びその起動方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近時、固体電解質型燃料電池（以下、燃
料電池と称する）とガスタービンから構成されている複
合発電装置は、高効率発電が期待されることから各所で
検討されている。原理的には、ガスタービンの圧縮機か
ら供給される空気と、供給源からそれぞれ供給される燃
料及び蒸気が燃料電池にて反応して発生する電力と、ガ
スタービンによって駆動される発電機にて発生する電力
との両方の電力を得るようになっている。
料電池と称する）とガスタービンから構成されている複
合発電装置は、高効率発電が期待されることから各所で
検討されている。原理的には、ガスタービンの圧縮機か
ら供給される空気と、供給源からそれぞれ供給される燃
料及び蒸気が燃料電池にて反応して発生する電力と、ガ
スタービンによって駆動される発電機にて発生する電力
との両方の電力を得るようになっている。
【０００３】図２に示すように、従来の複合発電装置１
ａは、空気及び燃料を水素リッチなガスに改質するため
（水蒸気改質と称する）、ガスタービンの圧縮機２によ
って圧縮された空気ａと、図示しない供給源から供給さ
れる燃料ｂ及び蒸気ｃとをガスタービン３から排出され
た高温の排ガスｄによって予熱する予熱器４に供給する
（通常、〜５００℃）。その後、前述の投入ガスは、燃
料電池５の燃料改質器６及び空気予熱器７によって更に
昇温される（７５０〜９００℃）。昇温後の空気及び改
質燃料は、それぞれ、燃料電池５を構成するスタック８
内に供給され、電解質９を介して空気極１０から燃料極
１１へ酸素ｅが移動して燃料中の水素と反応する。
ａは、空気及び燃料を水素リッチなガスに改質するため
（水蒸気改質と称する）、ガスタービンの圧縮機２によ
って圧縮された空気ａと、図示しない供給源から供給さ
れる燃料ｂ及び蒸気ｃとをガスタービン３から排出され
た高温の排ガスｄによって予熱する予熱器４に供給する
（通常、〜５００℃）。その後、前述の投入ガスは、燃
料電池５の燃料改質器６及び空気予熱器７によって更に
昇温される（７５０〜９００℃）。昇温後の空気及び改
質燃料は、それぞれ、燃料電池５を構成するスタック８
内に供給され、電解質９を介して空気極１０から燃料極
１１へ酸素ｅが移動して燃料中の水素と反応する。
【０００４】その際、反応熱は、両者のガス温度を構成
すると共に、一部が電力に変換される。符号１２はイン
バータを示している。そして、余剰空気ｆ及び余剰燃料
ｇは、再び、燃焼器１３に戻って燃焼する。この燃焼ガ
スｈは、前述した予熱器４を通過する間に燃料電池５に
供給される空気ａ、燃料ｂ及び蒸気ｃを予熱した後、ガ
スタービン３に導かれ、ガスタービン３に直結されてい
る発電機１４の発電に寄与するようになっている。
すると共に、一部が電力に変換される。符号１２はイン
バータを示している。そして、余剰空気ｆ及び余剰燃料
ｇは、再び、燃焼器１３に戻って燃焼する。この燃焼ガ
スｈは、前述した予熱器４を通過する間に燃料電池５に
供給される空気ａ、燃料ｂ及び蒸気ｃを予熱した後、ガ
スタービン３に導かれ、ガスタービン３に直結されてい
る発電機１４の発電に寄与するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記複合発
電装置１ａを起動する際は、ガスタービン３を図示しな
いターニング装置、つまり、起動モーターによって駆動
させて発生した空気ａを燃料電池５に送り込み、一方の
燃料ガスｂと共に燃料電池５内の燃焼器１３で燃焼させ
て系内の暖機を行い、徐々に投入ガスの予熱及び燃料の
改質を行って初めて燃料電池としての機能が惹起するよ
うになっている。
電装置１ａを起動する際は、ガスタービン３を図示しな
いターニング装置、つまり、起動モーターによって駆動
させて発生した空気ａを燃料電池５に送り込み、一方の
燃料ガスｂと共に燃料電池５内の燃焼器１３で燃焼させ
て系内の暖機を行い、徐々に投入ガスの予熱及び燃料の
改質を行って初めて燃料電池としての機能が惹起するよ
うになっている。
【０００６】従って、燃焼器１３内に予熱されていない
生の空気ａ及び燃料ｂが供給されて燃焼場を形成するた
め、燃焼器１３は、瞬時に高温下に曝され、燃料改質器
６及び空気予熱器７に苛酷な温度勾配が発生する。その
ため、燃料電池の寿命及び信頼性に課題が残った。
生の空気ａ及び燃料ｂが供給されて燃焼場を形成するた
め、燃焼器１３は、瞬時に高温下に曝され、燃料改質器
６及び空気予熱器７に苛酷な温度勾配が発生する。その
ため、燃料電池の寿命及び信頼性に課題が残った。
【０００７】本発明は、係る従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、複合発電装置
を起動する際に、燃料電池の燃料改質器や空気予熱器に
苛酷な温度勾配を生じさせることのない複合発電装置お
よびその起動方法を提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、複合発電装置
を起動する際に、燃料電池の燃料改質器や空気予熱器に
苛酷な温度勾配を生じさせることのない複合発電装置お
よびその起動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の複合発電装置は、ガスタービンと固体電解
質型燃料電池から構成されている複合発電装置であっ
て、前記ガスタービンの排ガスラインに、その上流から
下流に向かって、順次、助燃バーナー、予熱器及び蒸気
発生器を配したことを特徴としている。
め、本発明の複合発電装置は、ガスタービンと固体電解
質型燃料電池から構成されている複合発電装置であっ
て、前記ガスタービンの排ガスラインに、その上流から
下流に向かって、順次、助燃バーナー、予熱器及び蒸気
発生器を配したことを特徴としている。
【０００９】一方、本発明の複合発電装置の起動方法
は、ガスタービンと固体電解質型燃料電池から構成され
ている複合発電装置を起動する際、前記ガスタービンを
起動モーターによって駆動させ、前記ガスタービンで生
じたタービンターニング排気を助燃バーナーで加熱して
前記固体電解質型燃料電池に供給される燃料及び空気を
予熱することを特徴としている。
は、ガスタービンと固体電解質型燃料電池から構成され
ている複合発電装置を起動する際、前記ガスタービンを
起動モーターによって駆動させ、前記ガスタービンで生
じたタービンターニング排気を助燃バーナーで加熱して
前記固体電解質型燃料電池に供給される燃料及び空気を
予熱することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００１１】図１に示すように、本発明の複合発電装置
１は、ガスタービン３から排出された排ガスｄを排ガス
ライン１５を経て大気中に放出するようになっている
が、排ガスライン１５には、その上流から下流に向かっ
て、順次、助燃バーナ１６、予熱器４及び蒸気発生器１
７を配設している。
１は、ガスタービン３から排出された排ガスｄを排ガス
ライン１５を経て大気中に放出するようになっている
が、排ガスライン１５には、その上流から下流に向かっ
て、順次、助燃バーナ１６、予熱器４及び蒸気発生器１
７を配設している。
【００１２】更に、本発明では、発電機１４にクラッチ
１８を介して起動モーター１９を接続している一方、燃
料電池５に供給する燃料ｂを燃料圧縮機２０によって昇
圧するようになっている。また、蒸気発生器１７で発生
した蒸気ｃの一部は、配管２１を経て燃料電池５に供給
されるが、残りの蒸気を図示しないユーティリティーに
供給するようになっている。また、助燃バーナ１６に燃
料ｉを供給するようになっている。その他の部品につい
ては、従来の複合発電装置１ａの部品と同じ部品に同じ
符号を附して詳しい説明を省略する。
１８を介して起動モーター１９を接続している一方、燃
料電池５に供給する燃料ｂを燃料圧縮機２０によって昇
圧するようになっている。また、蒸気発生器１７で発生
した蒸気ｃの一部は、配管２１を経て燃料電池５に供給
されるが、残りの蒸気を図示しないユーティリティーに
供給するようになっている。また、助燃バーナ１６に燃
料ｉを供給するようになっている。その他の部品につい
ては、従来の複合発電装置１ａの部品と同じ部品に同じ
符号を附して詳しい説明を省略する。
【００１３】本発明の重要な点は、燃料電池５に供給す
る空気ａ、燃料ｂ及び蒸気ｃをガスタービン３の廃熱に
よって予熱する点にある。すなわち、起動モーター１９
によってガスタービン３を駆動し、当該ガスタービン３
の圧縮器２から排出される空気ａによって燃料電池５内
をガスパージングすると共に、排ガスライン１５から大
気中に放出される前に、予熱器４の上流側に配設されて
いる助燃バーナー１６によって投入ガスの予熱に必要な
ガス温度レベルまで加熱される。
る空気ａ、燃料ｂ及び蒸気ｃをガスタービン３の廃熱に
よって予熱する点にある。すなわち、起動モーター１９
によってガスタービン３を駆動し、当該ガスタービン３
の圧縮器２から排出される空気ａによって燃料電池５内
をガスパージングすると共に、排ガスライン１５から大
気中に放出される前に、予熱器４の上流側に配設されて
いる助燃バーナー１６によって投入ガスの予熱に必要な
ガス温度レベルまで加熱される。
【００１４】こうすることで、燃料電池５に供給される
燃料ｂ及び空気ａは、改質温度直前程度（例えば、５０
０〜６００℃）まで予熱され、これらのガスが燃焼器１
３に戻ってきたとき着火され、改質及び空気の昇温に必
要な燃焼ガスｈが供給される。
燃料ｂ及び空気ａは、改質温度直前程度（例えば、５０
０〜６００℃）まで予熱され、これらのガスが燃焼器１
３に戻ってきたとき着火され、改質及び空気の昇温に必
要な燃焼ガスｈが供給される。
【００１５】従って、本発明によれば、前述した燃料改
質器６や空気予熱器７の苛酷な温度勾配を未然に防止で
きると共に、スムーズな起動を達成することができる。
質器６や空気予熱器７の苛酷な温度勾配を未然に防止で
きると共に、スムーズな起動を達成することができる。
【００１６】徐々に暖機した後、燃料電池発電開始直前
にカスタービン３から排出する排ガスｄ中の酸素濃度が
薄くなると共に、助燃バーナー１６による助燃を継続す
ると、ガス温度が急速に上昇することが考えられるた
め、図示しない温度検出器を介して助燃量を減少乃至遮
断する制御装置（図示せず）が施されている。
にカスタービン３から排出する排ガスｄ中の酸素濃度が
薄くなると共に、助燃バーナー１６による助燃を継続す
ると、ガス温度が急速に上昇することが考えられるた
め、図示しない温度検出器を介して助燃量を減少乃至遮
断する制御装置（図示せず）が施されている。
【００１７】燃焼器１３から排出する燃焼ガスｈ中の酸
素濃度は、燃料電池５が起動し始めると改善されるた
め、蒸気発生器１７の追い焚き装置としても当該助燃バ
ーナー１６を利用することが可能である。また、要求次
第でユーティリティー蒸気及び改質蒸気を供給するシス
テムとしてもよい。
素濃度は、燃料電池５が起動し始めると改善されるた
め、蒸気発生器１７の追い焚き装置としても当該助燃バ
ーナー１６を利用することが可能である。また、要求次
第でユーティリティー蒸気及び改質蒸気を供給するシス
テムとしてもよい。
【００１８】ガスタービン圧力比は、おおよそ４程度で
あり、タービン排気温度が先の予熱に利用できるものを
選ぶことが、改質蒸気を自前の廃熱でできるようにする
ことが得策である。圧力比の高いガスタービンを用いる
と、改質蒸気気圧が必要になって十分な蒸気を得ること
が困難になることがある。
あり、タービン排気温度が先の予熱に利用できるものを
選ぶことが、改質蒸気を自前の廃熱でできるようにする
ことが得策である。圧力比の高いガスタービンを用いる
と、改質蒸気気圧が必要になって十分な蒸気を得ること
が困難になることがある。
【００１９】小圧力比を有するガスタービンは、いわゆ
るマイクロガスタービンと呼ばれ、数十ｋＷ〜１５０ｋ
Ｗ程度の超小型カスタービンであり、本発明の適用機関
は、大出力電源というより、数百ｋＷの必要な分散電源
である。
るマイクロガスタービンと呼ばれ、数十ｋＷ〜１５０ｋ
Ｗ程度の超小型カスタービンであり、本発明の適用機関
は、大出力電源というより、数百ｋＷの必要な分散電源
である。
【００２０】
【発明の効果】上記のように、本発明の複合発電装置
は、ガスタービンと固体電解質型燃料電池から構成され
ている複合発電装置であって、前記ガスタービンの排ガ
スラインに、その上流から下流に向かって、順次、助燃
バーナー、予熱器及び蒸気発生器を配したので、起動時
に、燃料電池の燃料改質器や空気予熱器に苛酷な温度勾
配を生じさせることを未然に防止することが可能にな
り、燃料電池の寿命及び信頼性が向上するようになっ
た。
は、ガスタービンと固体電解質型燃料電池から構成され
ている複合発電装置であって、前記ガスタービンの排ガ
スラインに、その上流から下流に向かって、順次、助燃
バーナー、予熱器及び蒸気発生器を配したので、起動時
に、燃料電池の燃料改質器や空気予熱器に苛酷な温度勾
配を生じさせることを未然に防止することが可能にな
り、燃料電池の寿命及び信頼性が向上するようになっ
た。
【００２１】一方、本発明の複合発電装置の起動方法
は、ガスタービンと固体電解質型燃料電池から構成され
ている複合発電装置を起動する際、前記ガスタービンを
起動モーターによって駆動させ、前記ガスタービンで生
じたタービンターニング排気を助燃バーナーで加熱して
前記固体電解質型燃料電池に供給される燃料及び空気を
予熱するので、起動時に、燃料電池の燃料改質器や空気
予熱器に苛酷な温度勾配を生じさせることを未然に防止
することが可能になり、燃料電池の寿命及び信頼性が向
上するようになった。
は、ガスタービンと固体電解質型燃料電池から構成され
ている複合発電装置を起動する際、前記ガスタービンを
起動モーターによって駆動させ、前記ガスタービンで生
じたタービンターニング排気を助燃バーナーで加熱して
前記固体電解質型燃料電池に供給される燃料及び空気を
予熱するので、起動時に、燃料電池の燃料改質器や空気
予熱器に苛酷な温度勾配を生じさせることを未然に防止
することが可能になり、燃料電池の寿命及び信頼性が向
上するようになった。
【図１】本発明に係る複合発電装置の概略図である。
【図２】従来の複合発電装置の概略図である。
１ 複合発電装置 ３ ガスタービン ４ 予熱器 ５ 固体電解質型燃料電池 １５ ガスタービンの排ガスライン １６ 助燃バーナー １７ 蒸気発生器
Claims (2)
- 【請求項１】 ガスタービンと固体電解質型燃料電池か
ら構成されている複合発電装置であって、前記ガスター
ビンの排ガスラインに、その上流から下流に向かって、
順次、助燃バーナー、予熱器及び蒸気発生器を配したこ
とを特徴とする複合発電装置。 - 【請求項２】 ガスタービンと固体電解質型燃料電池か
ら構成されている複合発電装置を起動する際、前記ガス
タービンを起動モーターによって駆動させ、前記ガスタ
ービンで生じたタービンターニング排気を助燃バーナー
で加熱して前記固体電解質型燃料電池に供給される燃料
及び空気を予熱することを特徴とする複合発電装置の起
動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000173364A JP2001351665A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | 複合発電装置及びその起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000173364A JP2001351665A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | 複合発電装置及びその起動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001351665A true JP2001351665A (ja) | 2001-12-21 |
Family
ID=18675608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000173364A Withdrawn JP2001351665A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | 複合発電装置及びその起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001351665A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009017439A1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Volvo Technology Corporation | Method for operating a fuel cell and fuel cell arrangement |
| US9083016B1 (en) * | 2012-08-06 | 2015-07-14 | Ballard Power Systems Inc. | Solid oxide fuel cell power plant with an anode recycle loop turbocharger |
-
2000
- 2000-06-09 JP JP2000173364A patent/JP2001351665A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009017439A1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Volvo Technology Corporation | Method for operating a fuel cell and fuel cell arrangement |
| US9136548B2 (en) | 2007-07-27 | 2015-09-15 | Volvo Technology Corporation | Method for operating a fuel cell and a fuel cell arrangement |
| US9083016B1 (en) * | 2012-08-06 | 2015-07-14 | Ballard Power Systems Inc. | Solid oxide fuel cell power plant with an anode recycle loop turbocharger |
| US20150303499A1 (en) * | 2012-08-06 | 2015-10-22 | Ballard Power Systems Inc. | Solid oxide fuel cell power plant with an anode recycle loop turbocharger |
| US9455456B2 (en) | 2012-08-06 | 2016-09-27 | Ballard Power Systems Inc. | Solid oxide fuel cell power plant with an anode recycle loop turbocharger |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070904 |