JP2002305009A

JP2002305009A - 燃料電池複合発電装置

Info

Publication number: JP2002305009A
Application number: JP2001106218A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ito; 和彦伊藤; Kenichiro Kondo; 健一郎近藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】始動が容易になる燃料電池複合発電装置を提
供しようとする。【解決手段】従来の酸化ガスと燃料ガスとを注入し電解
質を挟んだカソードとアノードとの間に生ずる電位差に
より発電する燃料電池複合発電装置にかわって、酸化ガ
スを入口から注入してカソード排ガスを出口から排出す
るカソードを有する燃料電池と、該カソード排ガスを入
口から注入し燃料ガスと燃焼させる燃焼器と燃焼器の燃
焼ガスで回転するタービンとタービンにより回転させら
れ酸化ガスを出口から吐出する圧縮機とを有するガスタ
ービン装置と、該圧縮機の吐出口と該カソードの入口と
を連通する酸化ガス配管と、該カソードの出口と該燃焼
器の入口とを連通し途中に燃焼器からカソードへの流れ
を阻止する逆止弁が設けられたカソード排ガス配管と、
該逆止弁よりもカソード側で該カソード排ガス配管から
分岐し途中に流量調整弁を有する排気配管とを備えたも
のとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化石燃料を燃料と
して用いる発電装置に係る。特に燃料の有する化学エネ
ルギーを電気エネルギーに直接変換する高温加圧型の燃
料電池発電装置と燃料電池の高温のカソード排ガスを酸
化ガスとする排熱タービンとを結合した燃料電池複合発
電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料電池複合発電装置を、図を参
照して説明する。図２は、従来の燃料電池複合発電装置
の配管系統図である。従来の燃料電池複合発電装置は、
燃料電池装置１００とガスタービン装置２００と排熱ボ
イラ装置３００と窒素ガス供給器５００を備える。

【０００３】燃料電池装置１００は、燃料ガス１（例え
ば、天然ガス）と酸化ガス３（例えば、空気）とで電気
化学的発電をおこなう装置であり、燃料電池１１０と改
質器１２０と加熱室１３０と予熱器１４０と触媒燃焼器
１５０とリサイクルブロア１６０と圧力容器１７０とを
有する。改質器１２０は、燃料ガス１の成分を調整する
装置であり、燃料ガス１を入れて改質ガス５を出す。燃
料電池１１０は、酸化ガス３と改質ガス５とから電気化
学的発電をおこなう装置であり、電解質１１１をアノー
ド１１３とカソード１１２とで挟んだ構造をしている。
カソード１１２は、酸化ガス３を入口から入れ、カソー
ド排ガス４を出口から排出する。アノード１１３は、改
質ガス５を入口から入れ、アノード排ガス６を出口から
排出する。電解質１１１を挟んで生じる起電力を取り出
す。

【０００４】触媒燃焼器１５０は、燃焼器であり、カソ
ード排ガス４とアノード排ガス６とを入れて触媒燃焼ガ
ス７を排出する。加熱室７は、燃料電池１１０の排熱で
改質器１２０を加熱する装置であり、触媒燃焼ガス７を
入れて改質器１２０を暖める。予熱器１４０は、燃料ガ
ス１を予熱する装置であり、加熱室１３０を経由した触
媒燃焼ガス７で燃料ガス１を暖めて、改質器１２０に送
る。リサイクルブロア１６０は、燃料電池１１０の温度
を制御するために燃料電池１１０のカソード排ガス４を
燃料電池１１０に戻す装置であり、加熱室７を経由した
触媒燃焼ガス７を燃料電池１１０のカソード１１２に入
れる。圧力容器１７０は、燃料電池１１０と改質器１２
０と加熱室１３０と予熱器１４０と触媒燃焼器１５０と
を収める圧力容器である。空気ブロア（図示せず）が、
圧力容器１７０の内部に空気を送り込んでいる。均圧配
管が、圧力容器１７０の内部とカソード１１２の出口に
連通するカソード排ガス配管２０の途中に連通している
ので、圧力容器１７０の内圧とカソード１１２の内圧は
均圧されている。

【０００５】ガスタービン装置２００は、燃料電池装置
１００からのカソード排ガス４からエネルギー回収をす
るための装置であり、タービン燃焼器２１０とタービン
２２０と圧縮機２３０と発電機２４０とを有する。ター
ビン燃焼器２１０は、タービン２２０を駆動する高圧燃
焼ガス８をつくる装置であり、カソード排ガス４と酸化
ガス３と燃料ガス１とを入れ、高圧燃焼ガス８を排出す
る。タービン２２０は、圧縮機２３０を駆動する装置で
あり、高圧燃焼ガス８を入れ、タービン排ガス９を排出
する。圧縮機２３０は、タービン２２０に機械駆動され
て空気２を圧縮する装置であり、空気２を入れて圧力の
上がった空気（以下、酸化ガス３と呼ぶ。）を排出す
る。発電機２４０は、タービンに同軸駆動されて発電を
する装置である。始動時には圧縮機２３０を駆動する始
動モータとして機能する。

【０００６】排熱ボイラ装置３００は、カソード排ガス
４とタービン排ガス９とから排熱回収を行う装置であ
り、給水ポンプ３１０と排熱回収ボイラ３２０と温水回
収器３３０と冷却器３４０と気液分離器３５０と水処理
装置３６０とを有する。給水ポンプ３１０は、排熱回収
ボイラ３２０に水を供給するポンプである。排熱回収ボ
イラ３２０は、カソード排ガス４とタービン排ガス９と
水との間で熱交換するボイラであり、水とカソード排ガ
ス４とタービン排ガス９とを入れて蒸気とボイラ排水と
を排出する。この蒸気は、燃料ガスの改質に使用するた
め改質器１２０に送られる燃料ガス１と混合される。温
水回収器３３０は、ボイラ排水から排熱を回収する装置
であり、ボイラ排水と熱交換して温水をつくる。冷却器
３４０は、ボイラ排水を冷却する装置である。気液分離
器３５０は、ボイラ排水を気液分離する装置である。水
処理装置３６０は、ボイラ排水を水処理する装置であ
る。

【０００７】窒素ガス供給器５００は、燃料電池装置１
００の始動時に燃料電池装置全体１００を昇温させるた
めの窒素ガスを供給する装置であり、窒素ガスを排出
し、戻り窒素ガスを注入する。

【０００８】次に配管系統を説明する。カソード排ガス
配管２０が、カソード出口とタービン燃焼器入口を連通
し、カソード排ガス４を流す。カソード排ガス遮断弁１
９２が、カソード排ガス配管２０の途中に設けられる。
排気配管２１が、カソード排ガス遮断弁１９２よりもタ
ービン燃焼器側のカソード排ガス配管２０から分岐し、
排熱ボイラ装置３００に連通し、カソード排ガス４を流
す。カソード排ガス流量調整弁１８１が、排気配管２１
に設けられ、圧力容器１７０に設けられた圧力計１８２
により制御される。均圧配管２２が、圧力容器１７０と
排気配管２１を連通する。酸化ガス配管２３が、圧縮機
２４０の吐出口とカソード１１２の入口を連通し、酸化
ガス３を流す。酸化ガス流量調整弁１８３が、酸化ガス
配管２３に設けられ、酸化ガス配管２３に設けられる流
量計１８４により制御される。酸化ガス遮断弁１９１
が、酸化ガス配管２３の途中に設けられる。カソードリ
サイクル配管２４が、加熱室１３０と予熱器１４０とリ
サイクルブロア１６０を介して、触媒燃焼器１５０の出
口とカソード１１２の入口とを連通し、触媒燃焼ガス７
を流す。

【０００９】改質ガス配管２６が、改質器１２０の出口
とアノード１１３の入口を連通し、改質ガス５を流す。
改質ガス遮断弁１９３が、改質ガス配管２６に設けられ
る。アノード排ガス配管２７が、アノード１１３の出口
と触媒燃焼器１５０の入口を連通し、アノード排ガスを
流す。蒸気配管２８が、排熱回収ボイラ３２０の出口と
燃料ガス入口４０を連通し、蒸気を流す。燃料ガス配管
２９が、燃料ガス入口４０と改質器１２０の入口を連通
し、燃料ガス１と蒸気の混合ガスを流す。空気配管３０
が、空気入口４１と圧縮機入口を連通し、空気をなが
す。カソード排ガス戻し配管３１（カソードリサイクル
ラインの一部に相当する。）がカソード出口とリサイク
ルブロア入口を連通し、カソード排ガス４を流す。ター
ビン燃焼ガス配管３２が、タービン燃焼器２１０の出口
とタービン２２０の入口を連通し、タービン燃焼ガス８
を流す。タービン排ガス配管３３が、タービンの出口と
排熱回収ボイラ３２０の入口を連通し、タービン排ガス
９を流す。窒素供給配管３４が、窒素ガス供給器５００
の出口とカソード入口およびアノード入口を連通し、窒
素を流す。窒素戻り配管３５が、窒素ガス供給器５００
の入口とカソード出口およびアノード出口を連通し、窒
素を流す。

【００１０】以下に、従来の燃料電池複合発電装置の運
転を、始動モードと定常モードにわけて説明する。最初
に、始動モードの運転を説明する。酸化ガス遮断弁１９
１とカソード排ガス遮断弁１９２と改質ガス遮断弁１９
３を閉止する。窒素ガス供給器５００から供給される加
熱された窒素をカソード１１２の入口に入れ、カソード
１１２の出口からでできた窒素を回収する。さらに、加
熱された窒素をアノード１１３の入口に入れ、アノード
１１３の出口から排出された窒素を回収する。別途、ガ
スタービン装置２００を起動する。遮断弁１９１，１９
２，１９３により燃料電池とガスタービン装置２００と
は相互に影響を及ぼさない。燃料電池１１０の温度と改
質器１２０の温度がそれぞれ定格温度になったら、遮断
弁１９１、１９２、１９３を開放し、カソード１１２の
酸化ガス入口に酸化ガス３を入れ、改質器１２０の燃料
ガス入り口に燃料ガス１をいれる。燃料電池１１０が発
電を開始する。

【００１１】次に、定常モードでの運転を説明する。燃
料ガス１は、予熱器１４０で予熱され、改質器１２０で
改質され、改質ガス５になる。改質ガス５は、アノード
１１３の入口に入る。空気１は、ガスタービン装置の圧
縮機で圧縮され、酸化ガス３になる。酸化ガス３は、酸
化ガス流量調節弁１８３で流量を調整され、カソード１
１２の入口に入る。燃料電池１１０の中では、カソード
１１２の酸化ガス３とアノード１１３の改質ガス５との
間で電解質１１１をはさんで電気化学的発電をおこす。
カソード１１２の出口からはカソード排ガス４が排出さ
れ、アノード１１３の出口からはアノード排ガス６が排
出される。カソード１１２の出口からでたカソード排ガ
ス４の一部とアノード排ガス６は、触媒燃焼器１５０に
入り、触媒燃焼し、触媒燃焼ガス７となる。触媒燃焼ガ
ス７は、加熱室１３０に入り改質器１２０を暖めた後、
予熱器１４０を経由してリサイクルブロア１６０でカソ
ード１１２の入口の送られる酸化ガス３に合流してカソ
ード１１２に入る。残ったカソード排ガス４の一部が、
タービン燃焼器２１０に入る。タービン燃焼器２１０で
は、カソード排ガス４と燃料ガス１と酸化ガス３とが燃
焼し、高圧燃焼ガス８となる。高圧燃焼ガス８は、ター
ビン２２０と同軸で回る圧縮機２３０と発電機２４０と
を回し、タービン排ガス９となる。残余のカソード排ガ
ス４とタービン排ガス９が排熱ボイラ装置３００へ送ら
れる。カソード排ガス４とタービン排ガス９は、排熱回
収ボイラ３２０と温水回収器３３０と冷却器３４０を経
由して気液分離器３５０で水が分離され排気される。分
離した水は、水処理装置３６０に入り、給水ポンプ３１
０で排熱回収ボイラ３２０に送られる。排熱回収ボイラ
３２０でできた蒸気は、改質器１２０に注入される燃料
ガス１に混合される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に、燃料電池
複合発電装置を始動する際、燃料電池装置とタービン圧
縮器をつなぐラインを遮断弁により遮断し、個別に起動
していた。ところが、遮断弁は、高温環境で使用される
ため、弁を閉止したときに漏れを生ずることがあった。
始動モードで、遮断弁の漏れが大きくなると、ガスター
ビン装置側のガスが、まだ定格状態に立ち上がっていい
ない燃料電池装置に入る恐れがあった。例えば、タービ
ン燃焼ガスが、ガスタービン装置のタービン燃焼器から
カソードの出口に逆流したり、圧縮機の酸化ガスがカソ
ードの入口に入ったりする。燃料電池のカソードとアノ
ードを隔てている電解質はそれほどシール強度がない。
特に溶融型の電解質では、定格温度において溶融してい
る状態でシール機能を発揮するようになっている。定格
温度に至る前に燃料電池装置の内部圧力が上がると、電
解質のシール性能が低下し、定格運転になっても回復し
ない恐れもある。従って、遮断弁の漏れが大きくなると
始動が不可能になり、遮断弁の交換が必要になった。遮
断弁は、高価であることと、定期的な交換が必要になる
という問題があった。

【００１３】本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出さ
れたもので、従来の燃料電池複合発電装置にかわって、
始動が容易になる燃料電池複合発電装置を提供しようと
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る酸化ガスと燃料ガスとを入れ電解質を
挟んだカソードとアノードとの間に生ずる電位差により
発電する燃料電池複合発電装置は、酸化ガスを入口から
入れてカソード排ガスを出口から排出するカソードを有
する燃料電池と、該カソード排ガスを燃焼器入口から入
れ燃料ガスを燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回し
て、タービンに駆動される圧縮機で酸化ガスを圧縮して
圧縮機出口から吐出するガスタービン装置と、該圧縮機
出口と該カソードの入口とを連通する酸化ガス配管と、
該カソードの出口と該燃焼器入口とを連通し途中に燃焼
器からカソードへの流れを阻止する逆止弁が設けられた
カソード排ガス配管と、該逆止弁よりもカソード側で該
カソード排ガス配管から分岐し途中に流量調整弁を有す
る排気配管と、を備えたものとした。上記本発明の構成
により、ガスタービン装置がカソードから出たカソード
排ガスで燃料ガスを燃焼させ、その燃焼ガスで回したタ
ービンに駆動される圧縮機で酸化ガスを圧縮して吐出
し、酸化ガス配管が酸化ガスを燃料電池のカソードの入
口に入れることができ、燃料電池のカソードが酸化ガス
を入口から入れてカソード排ガスを出口から排出し、カ
ソード排ガス配管が該カソードの出口から該燃焼器の入
口へカソード排ガスを流すことができ、排気配管がカソ
ード排ガスを排気でき、流量調整弁がカソード排ガスの
排気配管の流量を調整してカソード排ガスの圧力を調整
できるので、流量調整弁がカソード排ガスの圧力を任意
に調整でき、カソード排ガスの圧力がガスタービン装置
の燃焼ガスの圧力よりも高いときには、カソード排ガス
をガスタービン装置に入れてその排熱エネルギーを利用
して酸化ガスを圧縮でき、カソード排ガスの圧力がガス
タービン装置の燃焼ガスの圧力よりも低いときには、逆
止弁がガスタービン装置の燃焼ガスが燃料電池へ逆流す
るのを防ぐので、カソードに予定しない高い圧力が作用
せず、燃料電池の性能を低下させることなく、安定して
燃料電池のカソード排ガスの排熱をガスタービン装置で
回収できる。

【００１５】また、本発明に係る燃料電池複合発電装置
は、始動時に、該カソード排ガスの圧力がカソードの温
度に対応した圧力になるように前記流量調整弁により前
記排気配管の流量を調整する様にした。上記本発明の構
成により、始動時に、前記流量調整弁が、該カソード排
ガスの圧力をカソードの温度に対応した圧力になるよう
に前記排気配管の流量を調整するので、カソードが温度
によってシール耐圧が異なる特性を有する場合であって
も、カソードのシール性能を損なうことがない様にカソ
ード排ガスの圧力を上昇させて定常運転の圧力にするこ
とができる。

【００１６】さらに、本発明に係る燃料電池複合発電装
置は、前記カソードの出口と入口とを連通し途中にカソ
ードリサイクルブロアを有するカソードリサイクル配管
と、酸化ガスと燃焼ガスとを燃焼させ起動用燃焼ガスを
出口から排出する起動用燃焼器と、該起動用燃焼器の出
口と該カソードリサイクル配管の途中を連通する起動用
燃焼ガス配管とを備え、始動時に、該起動用燃焼器を作
動する様にした。上記本発明の構成により、カソードリ
サイクルブロアを有するカソードリサイクル配管が前記
カソードの出口から入口へカソード排ガスを循環するこ
とができ、起動用燃焼器が酸化ガスと燃焼ガスとを燃焼
させ起動用燃焼ガスを出口から排出し、起動用燃焼ガス
配管が起動用燃焼ガスを該カソードリサイクル配管に流
すことができるので、始動時に、該起動用燃焼器を作動
して、起動用燃焼ガスをカソードに循環し、燃料電池を
暖めることができるので、燃料電池がスムースに早く始
動できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共
通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略
する。図１は、従来の燃料電池複合発電装置の配管系統
図である。

【００１８】本発明の好ましい実施形態の燃料電池複合
発電装置は、燃料電池装置１００とガスタービン装置２
００と排熱ボイラ装置３００と起動用燃焼ガス供給器４
００とを備える。燃料電池装置１００は、燃料ガス１
（例えば、天然ガス）と酸化ガス３（例えば、空気）と
で電気化学的発電をおこなう装置であり、燃料電池１１
０と改質器１２０と加熱室１３０と予熱器１４０と触媒
燃焼器１５０とリサイクルブロア１６０とを有する。改
質器１２０は、燃料ガス１の成分を調整する装置であ
り、燃料ガスを入れて改質ガス５を出す。燃料電池１１
０は、酸化ガス３と改質ガス５とから電気化学的発電を
おこなう装置であり、電解質１１１をアノード１１３と
カソード１１２とで挟んだ構造をしている。カソード１
１２は、酸化ガス３を口から入れ、カソード排ガス４を
出口から排出する。アノード１１３は、改質ガス５を入
口から入れ、アノード排ガス６を出口から排出する。

【００１９】触媒燃焼器１５０は、燃焼器であり、カソ
ード排ガス４と排燃料ガス６を入れて触媒燃焼ガス７を
排出する。加熱室７は、燃料電池１１０の排熱で改質器
１２０を加熱する装置であり、触媒燃焼ガス７を入れて
改質器１２０を暖める。予熱器１４０は、燃料ガス１を
予熱する装置であり、加熱室１３０を経由した触媒燃焼
ガス７で燃料ガス１を暖めて、改質器１２０に送る。リ
サイクルブロア１６０は、燃料電池１１０の温度を制御
するために燃料電池１１０のカソード排ガス４を燃料電
池１１０に戻す装置であり、加熱室７を経由した触媒燃
焼ガス７を燃料電池１１０のカソード１１２に入れる。
圧力容器１７０は、燃料電池１１０と改質器１２０と加
熱室１３０と予熱器１４０と触媒燃焼器１５０とを収め
る圧力容器である。空気ブロア（図示せず）が、圧力容
器１７０の内部に空気を送り込んでいる。均圧配管が、
圧力容器１７０の内部とカソード１１２の出口に連通す
るカソード排ガス配管２０の途中に連通しているので、
圧力容器１７０の内圧とカソード１１２の内圧は均圧さ
れている。

【００２０】ガスタービン装置２００は、燃料電池装置
１００からのカソード排ガス４からエネルギー回収をす
るための装置であり、タービン燃焼器２１０とタービン
２２０と圧縮機２３０と発電機２４０とを有する。ター
ビン燃焼器２１０は、タービン２２０を駆動する高圧燃
焼ガス８をつくる装置であり、カソード排ガス４と酸化
ガス３と燃料ガス１とを入れ、高圧燃焼ガス８を排出す
る。タービン２２０は、圧縮機２３０を駆動する装置で
あり、高圧燃焼ガス８を入れ、タービン排ガス９を排出
する。圧縮機２３０は、タービン２２０に機械駆動され
て空気２を圧縮する装置であり、空気２を入れて酸化ガ
ス３を排出する。発電機２４０は、タービンに同軸駆動
されて発電をする装置である。始動時には圧縮機２３０
を駆動するモータとして機能する。

【００２１】排熱ボイラ装置３００は、カソード排ガス
４とタービン排ガス９とから排熱回収を行う装置であ
り、給水ポンプ３１０と排熱回収ボイラ３２０と温水回
収器３３０と冷却器３４０と気液分離器３５０と水処理
装置３６０とを有する。給水ポンプ３１０は、排熱回収
ボイラ３２０に水を供給するポンプである。排熱回収ボ
イラ３２０は、カソード排ガス４、９と水との間で熱交
換するボイラであり、水とカソード排ガス４、９とを入
れて蒸気とボイラ排水とを排出する。この蒸気は、燃料
ガスの改質に使用するため改質器１２０に送られる燃料
ガス１と混合される。温水回収器３３０は、ボイラ排水
から排熱を回収する装置であり、ボイラ排水と熱交換し
て温水をつくる。冷却器３４０は、ボイラ排水を冷却す
る装置である。気液分離器３５０は、ボイラ排水を気液
分離する装置である。水処理装置３６０は、ボイラ排水
を水処理する装置である。

【００２２】起動用燃焼ガス供給器４００は、スタート
アップ時に燃料電池を暖めるガスをつくる装置であっ
て、燃料ガス１と酸化ガス３とを入れ、起動用燃焼ガス
１０を排出する。起動用燃焼ガス２５は、カソード１１
２のカソード排ガス出口から出たカソード排ガス４と合
流して触媒燃焼器１５０に入る。

【００２３】次に配管系統を説明する。カソード排ガス
配管２０が、カソード出口とタービン燃焼器入口を連通
し、カソード排ガス４を流す。逆止弁１８０が、カソー
ド排ガスをタービン燃焼器２１０に入れるが逆流するの
を防止する向きに、カソード排ガス配管２０に設けられ
る。排気配管２１が、逆止弁１８０よりもカソード側の
カソード排ガス配管２０から分岐し、排熱ボイラ装置３
００に連通し、カソード排ガス４を流す。カソード排ガ
ス流量調整弁１８１が、排気配管２１に設けられ、圧力
容器１７０に設けられた圧力計１８２により制御され
る。均圧配管２２が、圧力容器１７０と排気配管２１を
連通する。酸化ガス配管２３が、圧縮機２４０の吐出口
とカソード１１２の入口を連通し、酸化ガス３を流す。
酸化ガス流量調整弁１８３が、酸化ガス配管２３に設け
られ、酸化ガス配管２３に設けられる流量計１８４によ
り制御される。カソードリサイクル配管２４が触媒燃焼
器１５０の出口とカソード１１２の入口を加熱室１３０
と予熱器１４０とリサイクルブロア１６０を介して連通
し、触媒燃焼ガス７を流す。

【００２４】起動用燃焼ガス配管２５が、起動用燃焼器
４１０の出口と触媒燃焼器１５０の入口を連通し、起動
用燃焼ガス１０を流す。改質ガス配管２６が、改質器１
２０の出口とアノード１１３の入口を連通し、改質ガス
５を流す。アノード排ガス配管２７が、アノード１１３
の出口と触媒燃焼器１５０の入口を連通し、アノード排
ガスを流す。蒸気配管２８が、排熱回収ボイラ３２０の
出口と燃料ガス入口４０を連通し、蒸気を流す。燃料ガ
ス配管２９が、燃料ガス入口４０を改質器１２０の入口
を連通し、燃料ガス１と蒸気の混合ガスを流す。空気配
管３０が、空気入口４１と圧縮機入口を連通し、空気を
ながす。カソード排ガス戻し配管３１（カソードリサイ
クルラインの一部に相当する。）がカソード出口とリサ
イクルブロア入口を連通し、カソード排ガスを流す。タ
ービン燃焼ガス配管３２が、タービン燃焼器２１０の出
口とタービン２２０の入口を連通し、タービン燃焼ガス
８を流す。タービン排ガス配管３３が、タービンのター
ビン出口と排熱回収ボイラ３２０の入口を連通し、ター
ビン排ガス９を流す。

【００２５】以下に、本発明の好ましい実施形態の燃料
電池複合発電装置の始動モードの運転を説明する。流量
制御弁１８１を全開にし、ガスタービン装置２００を起
動する。リサイクルブロア１６０と起動用燃焼器４１０
を起動する。起動用燃焼ガス１０が、触媒燃焼器１５０
を経由して加熱室１３０に入り、さらに予熱器１４０を
介してリサイクルブロア１６０によりカソード１１２に
入り、燃料電池装置１００を暖める。燃料電池１１０の
温度と改質器１２０の温度がそれぞれ定格温度になった
ら、流量調整弁１８１が、カソード排ガスの圧力を定格
圧力になるように流量を絞る。燃料電池装置１００とガ
スタービン装置２００が定常状態になったら、起動用燃
焼装置４１０を停止し、燃料ガス１を燃料電池装置１０
０に入れ、発電を開始する。定常モードでの運転は従来
と同じなので説明を省略する。

【００２６】上述の実施形態の燃料電池複合発電装置を
用いれば、従来の始動手順にくらべ遮断弁の開閉を行わ
なくても、スムースに燃料電池複合発電装置を始動でき
る。特に、始動時運転から定常時運転への切り替えに遮
断弁の開閉動作を必要としないので、よりスムースに始
動運転から定常運転に移行できる。また、始動のために
遮断弁を設ける必要がなくなるので、遮断弁の漏れ等を
気にする必要がなく、燃料電池複合発電装置を始動でき
る。また、始動のために設けられている遮断弁を定期的
に交換する手間もなくなる。また、始動時に燃料電池と
ガスタービン装置との間を遮断する必要がなくなるの
で、起動用燃焼器を設けて、ガスタービン装置のつくる
酸化ガスと燃料ガスとで起動用燃焼ガスをつくり、その
起動用燃焼ガスで燃料電池を暖めることができ、始動用
の窒素供給装置が不要になる。また、定常モードでの運
転時にガスタービン装置の運転が不安になっても、ター
ビン燃焼器の高い圧力がカソード側に逆流しないので、
燃料電池の制御がより安定する。また、流量調整弁１８
１が常に燃料電位の圧力を調整しているので、逆止弁１
８０に漏れが生じてカソード排ガス配管にタービン燃焼
ガスが逆流しても、燃料電池の制御に大きな影響を与え
ない。また、始動時から定常時まで、均圧配管が、カソ
ードと圧力容器内の圧力を均圧し、カソード排ガス流量
調整弁がその圧力を調整するので、カソード排ガスの圧
力が安定する。

【００２７】本発明は以上に述べた実施形態に限られる
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変
更が可能である。逆止弁は、いわゆるチェック弁に限定
されず、同様の機能を有するものであればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の酸化ガスと
燃料ガスとを入れカソード電極とアノード電極との間に
生ずる電位差により発電する燃料電池複合発電装置は、
その構成により、以下の効果を有する。流量調整弁がカ
ソード排ガスの圧力を任意に調整でき、カソード排ガス
の圧力がガスタービン装置の燃焼ガスの圧力よりも高い
ときには、カソード排ガスをガスタービン装置に入れて
その排熱エネルギーを利用して酸化ガスを圧縮でき、カ
ソード排ガスの圧力がガスタービン装置の燃焼ガスの圧
力よりも低いときには、逆止弁がガスタービン装置の燃
焼ガスが燃料電池へ逆流するのを防ぐので、カソードに
予定しない高い圧力が作用せず、燃料電池の性能を低下
させることなく、安定して燃料電池のカソード排ガスの
排熱をガスタービン装置で回収できる。また、始動時
に、前記流量調整弁が、該カソード排ガスの圧力をカソ
ードの温度に対応した圧力になるように前記排気配管の
流量を調整するので、カソードが温度によってシール耐
圧が異なる特性を有する場合であっても、カソードのシ
ール性能を損なうことがない様にカソード排ガスの圧力
を上昇させて定常運転の圧力にすることができ、カソー
ドのシール性能を損なわない燃料電池の始動を行うこと
ができる。また、カソードリサイクルブロアを有するカ
ソードリサイクル配管が前記カソードの出口から入口へ
カソード排ガスを循環することができ、起動用燃焼器が
酸化ガスと燃焼ガスとを燃焼させ起動用燃焼ガスを出口
から排出し、起動用燃焼ガス配管が起動用燃焼ガスを該
カソードリサイクル配管に流すことができるので、始動
時に、該起動用燃焼器を作動して、起動用燃焼ガスをカ
ソードに循環し、燃料電池を暖めることができるので、
燃料電池がスムースに早く始動できる。従って、始動が
容易になる燃料電池複合発電装置を提供できる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の配管系統図である。

【図２】従来の燃料電池複合発電装置の配管系統図であ
る。

【符号の説明】

１燃料ガス２空気３酸化ガス４カソード排ガス５改質ガス６アノードカソード排ガス７触媒燃焼ガス８タービン燃焼ガス９タービン排ガス１０起動用燃焼ガス２０カソード排ガス配管２１排気配管２２均圧配管２３酸化ガス配管２４カソードリサイクル配管２５起動用燃焼ガス配管２６改質ガス配管２７アノード排ガス配管２８蒸気配管２９燃料ガス配管３０空気配管３１カソード排ガス戻り配管３２タービン燃焼ガス配管３３タービン排ガス配管４０燃料ガス入口４１空気入口１００燃料電池装置１１０燃料電池１１１電解質１１２カソード１１３アノード１２０改質器１３０加熱室１４０予熱器１５０触媒燃焼器１６０リサイクルブロア１８０逆止弁１８１流量調整弁１８２圧力制御器１８３酸化ガス流量調整弁１８４酸化ガス流量計１８５カソード排ガスリサイクル流量調整弁２００ガスタービン装置２１０タービン燃焼器２２０タービン２３０圧縮機２４０発電機３００排熱ボイラ装置３１０給水ポンプ３２０排熱回収ボイラ３３０温水回収器３４０冷却器３５０気液分離器３６０水処理装置４００起動用燃焼ガス供給器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤健一郎東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 5H027 BA01 BA09 BA10 BC03 BC11 BC19 DD02 DD06 KK46 MM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化ガスと燃料ガスとを入れ電解質を挟ん
だカソードとアノードとの間に生ずる電位差により発電
する燃料電池複合発電装置であって、酸化ガスを入口か
ら入れてカソード排ガスを出口から排出するカソードを
有する燃料電池と、該カソード排ガスを燃焼器入口から
入れ燃料ガスを燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回
して、タービンで駆動される圧縮機で酸化ガスを圧縮し
て圧縮機出口から吐出するガスタービン装置と、圧縮機
出口と該カソードの入口とを連通する酸化ガス配管と、
該カソードの出口と燃焼器入口とを連通し途中に燃焼器
からカソードへの流れを阻止する逆止弁が設けられたカ
ソード排ガス配管と、該逆止弁よりもカソード側で該カ
ソード排ガス配管から分岐し途中に流量調整弁を有する
排気配管と、を備えたことを特徴とする燃料電池複合発
電装置。
【請求項２】始動時に、該カソード排ガスの圧力がカソ
ードの温度に対応した圧力になるように前記流量調整弁
により前記排気配管の流量を調整する様にしたことを特
徴とする請求項１に記載の燃料電池複合発電装置
【請求項３】前記カソードの出口と入口とを連通し途中
にカソードリサイクルブロアを有するカソードリサイク
ル配管と、酸化ガスと燃焼ガスとを燃焼させ起動用燃焼
ガスを出口から排出する起動用燃焼器と、該起動用燃焼
器の出口と該カソードリサイクル配管の途中を連通する
起動用燃焼ガス配管とを備え、始動時に、該起動用燃焼
器を作動する様にした、ことを特徴とする請求項１又は
請求項２の一つに記載の燃料電池複合発電装置