JP2004079207A - ガス循環システム及び発電システム及びガス循環用ファン - Google Patents
ガス循環システム及び発電システム及びガス循環用ファン Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004079207A JP2004079207A JP2002233819A JP2002233819A JP2004079207A JP 2004079207 A JP2004079207 A JP 2004079207A JP 2002233819 A JP2002233819 A JP 2002233819A JP 2002233819 A JP2002233819 A JP 2002233819A JP 2004079207 A JP2004079207 A JP 2004079207A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- circulation
- fan
- motor
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【解決手段】燃料電池2のカソード側及びアノード側それぞれからの高温ガスが、モータ8a,8bによって回転されるガス循環用ファン7a,7bによって循環されて、燃料電池2のカソード側及びアノード側に供給される。このとき、ガス循環用ファン7a内の通路を通して圧縮機1からの空気が供給されるとともに、ガス循環用ファン7b内の通路を通して燃料改質器6からの改質蒸気を含む燃料ガスが供給され、ガス循環用ファン7a,7bが冷却される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温ガスを循環させるガス循環システムに関するもので、特に、発電施設において発電に利用されるガスを高温で循環させるガス循環システムに関する。又、本発明は、当該ガス循環システムを利用した発電システム及び当該ガス循環システム内で使用されるガス循環用ファンに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガスタービンを備えた発電システムにおいて、燃料電池と組み合わせ、その排ガスの熱を利用してさらにエネルギー効率を高くした複合発電システムが提案されている。このような燃料電池とガスタービンとを備えた複合発電システムにおいて、燃料電池が高い発電効率で電気エネルギーを発生するとともに、燃料電池本体及び排出ガスからの熱エネルギーを下流のガスタービン、蒸気タービンで利用するので、システム全体から排出される熱(=システム損失)を小さくすることができる。
【0003】
このような複合発電システムにおいて用いられる燃料電池周辺の構成は、従来、図7のように構成される。尚、例として、図7には、燃料電池として5段の燃料電池(FC)101a〜101eが利用されたときの構成を示す。図7において、排熱回収ボイラ(HRSG)などで生成された蒸気と燃料ガスとが混合されて燃料改質器102に与えられると、燃料改質器102で改質される。この水素を含む改質蒸気と燃料ガス(以下、「改質燃料ガス」と称する)とが、熱交換器103a〜103eによってFC101a〜101eのカソード側からの排ガスによって加熱される。
【0004】
そして、熱交換器103a〜103eで段階的に加熱された改質燃料ガスが燃料ヘッダ105に一時貯蔵される。そして、FC101a〜101eのカソード側に、燃料ヘッダ105で一時貯蔵された改質燃料ガスが供給される。又、FC101b〜101eのカソード側には、それぞれ、FC101a〜101dのカソード側からの燃料極排ガスが熱交換器103a〜103dにより冷却されて供給される。そして、FC101eのカソード側から排出される燃料極排ガスは、熱交換器103eにより冷却されて、後続のシステムとなるガスタービン(GT)の燃焼器に供給される。
【0005】
又、圧縮機で生成された圧縮空気が熱交換器104a〜104eを通じて段階的に加熱された後、FC101aのアノード側に供給される。そして、FC101a〜101dのアノード側から排出される空気極排ガスが、熱交換器104a〜104dにより冷却され、FC101b〜101eに供給される。そして、FC101eのアノード側から排出される排ガスは、熱交換器104eにより冷却されて、GTの燃焼器に供給される。
【0006】
このとき、FC101a〜101eでは、供給された改質燃料ガスと圧縮空気中の酸素がアノード側とカソード側を隔てる電解質膜にて電気化学的反応を起こすことによって、発電を行う。このようにすることによって、熱交換器103a〜103e,104a〜104eにおいて段階的に加熱されるため、FC101a〜101eから排出される排ガスの温度上昇を抑えることができる。よって、FC101a〜101eそれぞれに適温ののガスを供給することができるとともに、後続のシステムに供給するガスの温度を十分高く保つことができ、エネルギー効率を上げることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
FCの反応最適温度は略1000℃と高く、従来は、図7のように、FCを多段に構成して、各FCからの排ガスの熱を利用して段階的に加熱するとともに、各FCからの排ガスを次段のFCに供給することによって、最適ガス温度のガスを供給していた。よって、供給するガスを段階的に加熱する熱交換器が複数必要となり、システムの規模が大きくなることが課題であった。又、この対策としてFCに高温ガスをを循環させる場合、FCからの循環するガス温度が1000℃以上と高いため、高温のガスを循環させるファンがその温度に耐えらず耐熱対策を必要とすることも課題であった。
【0008】
このような問題を鑑みて、本発明は、高温ガスの熱を効率的に利用するためのガス循環システムを提供することを目的とする。又、このようなガス循環システムに用いられる高温ガス循環に利用可能なガス循環用ファンを提供することを別の目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載のガス循環システムは、低温の供給ガスを供給する供給ガス用通路を備えたガス循環用ファンと、該ガス循環用ファンにより高温ガスが循環する循環経路と、を備え、前記循環経路内に前記低温の供給ガスを供給する際、前記冷却ガス用通路を通して前記循環経路内へ流入することを特徴とする。
【0010】
このようなガス循環システムによると、例えば、燃料電池のように電気化学反応を行う装置では、燃料電池に供給するガスを必要回数循環させることにより高い反応度で運転できることとなり、最適な燃料電池システムを構成できる。又、ガス循環用ファンには耐熱性が必要となるが、低温の供給ガスがガス循環用ファンに設けられた供給ガス用通路を通ることで、ガス循環用ファンが供給ガスによって冷却されるため、耐熱材料を採用する必要がなくなる。
【0011】
このようなガス循環システムにおいて、請求項2に記載するように、前記循環経路内に前記ガス循環用ファンを回転させるモータが設置されるとともに、該モータが前記循環経路外部からの冷却水が循環するモータ用ケーシング内に備えられるようにしても構わない。このとき、モータ用ケーシング及びモータ軸を覆うファン用ケーシングが設けられ、循環経路に接合される低温ガスとなる供給ガスを供給するガス供給経路からの供給ガスがファン用ケーシングに供給される。そして、ファン用ケーシングに供給された供給ガスが、ガス循環ファンに備えられた供給ガス用通路を流れて、ガス循環ファンを冷却する。
【0012】
又、請求項3に記載するように、前記モータが前記循環経路外部に設置され、前記ガス循環用ファンに前記モータの回転を伝達するためのモータ軸を覆うとともに前記供給ガスを前記ガス循環用ファンに供給するためのファン用ケーシングが、前記循環経路に外部から挿入されるようにしても構わない。このとき、低温ガスとなる供給ガスを供給するガス供給経路とファン用ケーシングが接合され、ガス供給経路からの供給ガスがファン用ケーシングに供給される。
【0013】
又、請求項4に記載の発電システムは、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のガス循環システムを備えるとともに、前記ガス循環システムによって循環される前記高温ガスが前記供給ガスと共に供給され、電気化学反応を行うことで発電する燃料電池を備えることを特徴とする。
【0014】
このとき、請求項5に記載するように、前記燃料電池のアノード側及びカソード側のそれぞれにおいて前記ガス循環システムを備え、改質燃料ガスと空気とがそれぞれのガス循環システムによって循環される。更に、請求項6に記載するように、前記燃料電池が、その本体を中央部に備えたタンクに覆われるとともに、セパレーターによって前記燃料電池のアノード側及びカソード側それぞれに対する前記循環経路を前記タンク内に構成するようにしても構わない。
【0015】
又、請求項7に記載するように、請求項4〜請求項6のいずれかに記載の発電システムにおいて、前記燃料電池に前記高温ガスが循環するとともに、循環される前記高温ガスの一部が排ガスとして別の発電系統に供給されるようにしても構わない。このとき、例えば、別の発電系統としてガスタービンによる発電システムが備えられ、前記燃料電池の排ガスがガスタービンを回転させる燃焼ガスを生成する燃焼器に供給されるようにしても構わない。
【0016】
又、請求項8に記載する発電システムは、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のガス循環システムを備えるとともに、前記ガス循環システムからのガスを前記高温ガスとして排出する高温ガス生成部と、該高温ガス生成部から排出される前記高温ガスによって回転されるタービンと、該タービンの回転によって発電する発電機を備えることを特徴とする。このとき、タービンを回転させるための高温ガスが、原子炉によって生成されるようにしても構わない。
【0017】
請求項9に記載のガス循環用ファンは、モータによって回転されるとともに、高温ガスが循環される循環経路内において、前記高温ガスを一定方向に循環させるガス循環用ファンにおいて、前記モータからの回転が伝達されるモータ軸が挿入されたノズルコーンと、該ノズルコーンの周囲に設けられる複数の翼と、を有し、前記ノズルコーン及び前記複数の翼において、前記低温の供給ガスを通過させて前記循環経路に放出する供給ガス用通路を備えることを特徴とする。
【0018】
このとき、請求項10に記載するように、前記モータが前記循環経路内に設置されるとともに、冷却水の循環するモータ用ケーシングが前記モータを覆うように設けられるとき、前記モータ用ケーシング及び前記モータ軸を覆うとともに、前記低温ガスを前記ノズルコーン及び前記複数の翼に設けられた前記供給ガス用通路に供給するファン用ケーシングを備えるようにしても構わない。このとき、モータ軸の軸受は、モータ用ケーシング内に備えられる。
【0019】
更に、請求項11に記載するように、前記循環経路に接合されるとともに前記低温ガスを供給するガス供給経路を通じて、前記低温ガスが前記循環経路に供給されるとき、前記ファン用ケーシングが、前記ガス供給経路と前記循環経路との接合口に対向した部分に、前記ガス供給経路を通じて供給される前記低温ガスを当該ファン用ケーシング内部に供給するための複数のガス供給孔を備える。
【0020】
又、請求項12に記載するように、請求項9に記載のガス循環用ファンにおいて、前記モータが前記循環経路外部に設置されるとき、前記モータ軸を覆うとともに、前記低温ガスを前記ノズルコーン及び前記複数の翼に設けられた前記供給ガス用通路に供給するファン用ケーシングを備えるようにしても構わない。このとき、ファン用ケーシング内部に設けられるモータ軸を支持するための軸受には、低温ガスを通過させるための通気孔が設けられる。又、ファン用ケーシングのモータ側にも軸受が設けられ、この軸受は、ファン用ケーシング内部に供給される低温ガスが漏れないように、シーリングされる。
【0021】
更に、請求項13に記載するように、前記ファン用ケーシングが前記循環経路外部から挿入されて設置されるとともに、前記循環経路外部に備えられた前記低温ガスを供給するガス供給経路の下流側に、前記ファン用ケーシングの前記モータ側が接合される。
【0022】
【発明の実施の形態】
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態の燃料電池及びガスタービンを備えた複合発電システムの構成を示すブロック図である。
【0023】
図1のガス循環システムを利用する複合発電システムは、外部からの大気を圧縮する圧縮機1と、該圧縮機1からの空気が循環経路のアノード側に供給されるとともに改質燃料ガスが循環経路のカソード側に供給されて電気化学反応により発電するFC2(燃料電池)と、循環される空気及び改質燃焼ガスそれぞれの一部がFC排ガスとして供給されるとともにFC排ガスに残っている燃料ガスと酸素を燃焼する燃焼器3と、燃焼器3で燃焼されて生成された燃焼ガスが供給されて回転するガスタービン(GT)4と、GT4の回転により発電する発電機5と、蒸気を改質するとともに燃料を混合して改質燃料ガスを生成する燃料改質器6と、循環経路FC2のアノード側及びカソード側それぞれに高温ガスを循環させるガス循環用ファン7a,7bと、ガス循環用ファン7a,7bを回転させるモータ8a,8bと、ガス循環用ファン7aを介してFC2のアノード側循環経路へ供給する空気の量と燃焼器3に供給する空気の量とを調節する流量調節器9と、FC2のアノード側を循環する高温ガスの温度を計測する測温部10とを備える。
【0024】
このように構成される複合発電システムでは、FC2のアノード側は高温ガス(圧縮空気)がガス循環ファン7aにより循環し、圧縮機1で圧縮された空気が、流量調節器9によって調節されて補充供給される。更に、循環する圧縮空気の一部が排ガスとして排出される。又、FC2のカソード側では高温ガス(改質燃料ガス)が循環ファン7bにより循環し、燃料改質器6により燃料ガスが改質蒸気と混合され改質燃料ガスとなり補充供給される。更に、循環する改質燃料ガスの一部が排ガスとして排出される。
【0025】
改質燃料ガスと空気がそれぞれ循環するFC2では、電解質膜間で電気化学反応することで、発電が行われる。このFC2のカソード側及びアノード側それぞれを循環する高温ガスの一部が排ガスとなり燃焼器3に供給される。燃焼器3では排ガス中の未反応の燃料及び酸素が燃焼される。この燃焼器3には、圧縮機1からの圧縮空気が流量調節器9によって調節されて供給される。又、図1では省略したが、燃焼器3にはFC2のカソード側の排ガス以外の燃料ガスが供給されて燃焼し、ガスタービン運転に適した温度まで燃焼ガス温度を昇温する。そして、燃焼器3で燃焼により生成された燃焼ガスがGT4に供給されると、GT4が回転し、発電機5で発電が行われる。又、GT4が回転することで圧縮機1が回転し、外部からの大気が圧縮される。
【0026】
このように動作する複合発電システムにおいて、燃料電池発電では最適電気化学反応を維持するため、FC2のアノード側とカソード側それぞれに、ほぼ1000℃の高温ガスを循環させなければならない。そのため、ガス循環用ファン7a,7bを1000℃の雰囲気で運転できるものとする必要がある。そこで、高温ガスが循環する循環経路に補充供給される500℃以下の空気及び改質燃料ガスをガス循環用ファン7a,7bを通して循環経路に流入させる。
【0027】
このようにして、圧縮空気及び改質燃料ガスは、ガス循環用ファン7a,7bそれぞれを冷却した後、FC2のアノード側及びカソード側において高温ガスが循環する循環経路にそれぞれ補充供給される。そして、FC2のアノード側に対する循環経路に補充供給される空気流量は測温部10によって循環ガスの温度が測定され、この測定された温度に応じて、流量調節器9により調整される。
【0028】
(1)ガス循環用ファンが設置される高温ガス循環経路が循環用パイプの場合
このようなガス循環システムを採用する複合発電システムにおいて、まずガス循環用ファンが設置される高温ガス循環経路がパイプの場合について、説明する。以下では、この場合のガス循環用ファン7(図1のガス循環用ファン7a,7bに相当する)の構造を、図面を参照して説明する。
【0029】
1.ガス循環用ファンの第1例
まず、ガス循環用ファン7を回転させるモータ8(図1のモータ8a,8bに相当する)がガス循環用パイプ内に設置する場合の各部の構造を説明する。図2は、このときのガス循環用ファン7周辺の構造を示すための断面図である。
【0030】
図2に示すガス循環用ファン7は、高温ガス循環経路の一部である循環用パイプ30内に設置され、モータ8のモータ軸33が挿入されたノーズコーン31と、ノーズコーン31の周囲に設けられるとともに回転してX方向(図左方向)へガス流を生成する複数の翼32とで構成される。そして、このノーズコーン31及び翼32はそれぞれ、ガス循環経路へ補充供給されるガスを通すための供給ガス用通路31a,32aが設けられ、この供給ガス用通路31a,32aをガスが流れることによりガス循環用ファン7が冷却される。
【0031】
又、モータ軸33を支持する軸受34がガス循環用ファン7側とモータ8側に設置されるとともに、このモータ軸33を含むモータ8及び軸受34とを内包するモータ用ケーシング36が設けられる。そして、モータ軸33を含むモータ8及び軸受34を冷却するための冷却水をモータ用ケーシング36内に供給するための冷却水供給管37aと、冷却動作を終えた冷却水が排出される冷却水排出管37bとが、循環用パイプ30の外部からモータ用ケーシング36に対して挿入される。
【0032】
更に、このようなモータ用ケーシング36を覆うように設けられるとともにその内部にガス循環経路へ補充供給されるガスが供給されるケーシング35が、その周囲に複数で中空の静翼38が設けられることによって、循環用パイプ30の中心部に配置されるように設けられる。この静翼38は、図3のように、静翼38の1枚ないし2枚が循環経路へ補充供給されるガスを通すために、補充供給されるガスを放出するガス供給パイプ39に循環パイプ30を貫通して接続され、残りの静翼38は冷却水供給、排出パイプ及びモータのケーブル用ダクトとして利用される。
【0033】
そして、ケーシング35において、ガス供給パイプ39に接続された静翼38と接続された部分には、循環経路へ補充供給されるガスを静翼38を通じてケーシング35内に流入する供給ガス流入口35aが複数設けられるとともに、モータ8側には、循環経路へ補充供給されるガスを循環パイプ30へ放出する複数の供給ガス流出口35bが設けられる。更に、循環用パイプ30の内壁表面及び静翼38の外面(高温循環ガス側)に、断熱材41が設けられる。
【0034】
このように構成することによって、補充供給ガス供給パイプ39より供給された空気又は改質燃料ガスは、供給パイプ39、静翼38を経由して、供給ガス流入口35aよりケーシング35に流入し、ケーシング35を冷却する。そして、ケーシング35内に供給された空気又は改質燃料ガスの一部が、ノーズコーン31及び翼32それぞれに設けられた供給ガス用通路31a,32aを通過して、ガス循環用ファン7を冷却する。
【0035】
又、ケーシング35内に供給された空気又は改質燃料ガスの残りが、供給ガス流出口35bより循環経路の一部である循環パイプ30に補充供給される。更に、供給ガス用通路31a,32aを通過してガス循環用ファン7を冷却した空気又は改質燃料ガスが、循環経路の一部である循環パイプ30に補充供給される。このとき、翼32とケーシング35との間にできる隙間からも、空気又は改質燃料ガスが放出される。
【0036】
又、モータ用ケーシング36内のモータ8は、冷却水供給管37aより供給される冷却水によって冷却されると、この冷却水は、冷却水排出管37bより外部に排出される。このように、モータ8及び軸受け34を水により冷却するのは、ケーシング35内に供給される補充供給用のガスの温度が500℃前後と高く、供給されたガスではモータ8及び軸受け34を適切な温度に冷却できないためである。
【0037】
このように、低温の供給ガス及び冷却水をケーシング35内に供給することによって、ガス循環用ファン7及びモータ8を冷却することができるので、高温となる排ガスを循環させる循環用パイプ30内に設けても、循環ファンを構成する材料の耐熱温度にまで冷却できる。
【0038】
2.ガス循環用ファンの第2例
次に、ガス循環用ファン7を回転させるモータ8がガス循環用パイプ外に設置する場合の各部の構造を説明する。図4は、このときのガス循環用ファン7周辺の構造を示すための断面図である。尚、図4において、図2と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0039】
ガス循環用ファン7は、供給ガス用通路31aが設けられたノズルコーン31の周囲に、供給ガス用通路32aが設けられた翼32が複数備えられることによって構成される。このガス循環用ファン7は、ノズルコーン31にモータ8のモータ軸33が挿入されることで、モータ8の回転力が伝わり回転して、高温ガスをY方向に循環させる。そして、モータ軸33を支持するために、モータ軸33が中心に挿入された軸受45が備えられる。この軸受45には、循環経路の一部である循環用パイプ30に補充供給されるガスを通過させるための通気孔45aが複数設けられる。
【0040】
又、モータ軸33及び軸受45を覆うように構成されるとともに循環経路に補充供給されるガスをガス循環用ファン7内に供給するためのケーシング42が、領域30aにおいて循環用パイプ30に嵌合されるように、循環用パイプ30の外部より接続設置される。このケーシング42は、L字型になって循環用パイプ30の外部で屈曲し、この屈曲部42aにモータ8のモータ軸33が挿入される軸受46が備えられる。この軸受46として、循環経路に補充供給されるガスが外部に漏れないようにシールされた構造の軸受が使用される。
【0041】
又、ケーシング42には、フランジ43が備えられて、ガス供給パイプ39に設けられたフランジ44とフランジ43が接合されることで、ケーシング42とガス供給パイプ39が接続される。更に、このように構成されるケーシング42は、循環用パイプ30内において、その周囲に静翼38が設けられることで、循環用パイプ30の中心に位置するように支持される。そして、循環用パイプ30の内壁表面及び静翼38の表面には、断熱材41が備えられる。尚、ケーシング42の支持強度が十分であれば、ケーシング42の支持部材として採用される静翼38は不要である。
【0042】
このように構成することによって、ガス供給パイプ39より供給された空気又は改質燃料ガスは、ガス供給パイプ39を通じてケーシング42内に供給され、ケーシング42内部を冷却する。そして、ケーシング42に供給されたこの空気又は改質燃料ガスは、軸受45に備えられた通気孔45aを通じて、ガス循環用ファン7の内部に供給される。尚、軸受45を、通気孔45aが設けられた構造としたが、ガスを通過させる構造であれば、他の構造としても構わない。
【0043】
空気又は改質燃料ガスがガス循環用ファン7に流入すると、ガス循環用ファン7内部の供給ガス用通路31a,32aを通過して、ガス循環用ファン7を冷却する。その後、ガス循環用ファン7を冷却した空気又は改質燃料ガスは、循環経路の一部である循環用パイプ30に放出される。このとき、翼32とケーシング42との間にできる隙間からも、空気又は改質燃料ガスが放出される。
【0044】
このように、低温の供給ガスをケーシング42内に供給しガス循環用ファン7の通路を流して冷却することができるので、高温となる排ガスを循環させる循環用パイプ30内に設けても、ガス循環用ファン7の構成材料の耐熱温度にまで冷却できる。又、モータ8は、循環経路外部に備えられるため、特別な冷却システムの必要がない。
【0045】
(2)ガス循環用ファンがタンク型のFC内に設置された場合
次に、上述のガス循環システムを利用する複合発電システムにおいて、FC2をタンク収納型とし、このタンク内で圧縮空気と改質燃料ガスそれぞれが循環する循環経路を備えるときに、このタンク収納型FC内にガス循環用ファン7a,7bが設置された場合について、説明する。以下では、この場合のタンク型FCの構造を、図面を参照して説明する。
【0046】
尚、ガス循環用ファン7a,7bとして、図4のようにモータ8が循環経路外部に設けられとときのガス循環用ファン7が使用されるものとする。そして、図5(a)が上部から見たときの断面図であり、図5(b)が側面A側から見たときの断面図であり、図5(c)が側面B側から見たときの断面図である。
【0047】
図5に示すように、FC2の本体が、内壁表面が断熱材に覆われたタンク50の中心部に設置される。そして、図5(b)において、2つのガス循環用ファン7aがタンク50の下部右側に設置されるとともに、図5(c)において、2つのガス循環用ファン7bがタンク50の上部右側に設置される。
【0048】
又、タンク50内には、ガス循環用ファン7a,7bそれぞれに対して、翼32の回転する周囲を覆う筒部を2つ備えたケーシング51a、51bと、空気を循環させる部屋と改質燃料ガスを循環させる部屋とを仕切るためのセパレータ52a〜52dと、FC2のカソード側及びアノード側それぞれからの排ガスを排出するための排ガス排出口53a,53bとを備える。
【0049】
このようにタンク50内で各部位が構成されるとき、ガス循環用ファン7aには、補充供給ガス供給パイプ39aより供給される圧縮機1からの空気が、ガス循環用ファン7bには、補充供給ガス供給パイプ39bより供給される燃料改質器6からの改質燃料ガスが、それぞれ、ケーシング42a,42bを通じて供給される。尚、補充供給ガス供給パイプ39a,39bが図4における補充供給ガス供給パイプ39に、ケーシング42a,42bが図4におけるケーシング42に相当する。
【0050】
ガス循環用ファン7aに供給された空気は、ガス循環用ファン7aを冷却した後、FC2のアノード側の循環経路を循環するガスとともに、図5(b)の矢印方向に循環される。このガス循環用ファン7aは、ケーシング42a内部で冷却されているモータ軸33を通じて、外部に設けられたモータ8aの回転が伝達される。
【0051】
このとき、FC2のアノード側の循環経路を循環するガス(アノード側循環ガス)は、FC2の本体及びタンク50の内壁及びセパレータ52b,52c,52dで囲まれたFC2空気極出口領域50Aに流出し、ガス循環用ファン7aによって図5(b)の矢印方向に循環される。そして、このアノード側循環ガスは、供給ガスととともに、FC2の本体及びタンク50の内壁及びスペーサ52a,52c,52dで囲まれたFC2空気極入口領域50Bに供給され、FC2のアノード側に流入する。
【0052】
又、ガス循環用ファン7bに供給された改質燃料ガスは、ガス循環用ファン7bを冷却した後、FC2のカソード側の循環経路を循環するガスとともに、図5(c)の矢印方向に循環される。このガス循環用ファン7bは、ケーシング42b内部で冷却されているモータ軸33を通じて、外部に設けられたモータ8bの回転が伝達される。
【0053】
このとき、FC2のカソード側の循環経路を循環するガス(カソード側循環ガス)は、FC2の本体及びタンク50の内壁及びセパレータ52cで囲まれた燃料極出口領域50Cに流出し、ガス循環用ファン7bによって図5(c)の矢印方向に循環される。そして、このカソード側循環ガスは、供給ガスとともにFC2本体上部、タンク天井及びセパレータ52a,52bで囲まれた通路を通り、FC2の本体及びタンク50の内壁及びスペーサ52dで囲まれたFC2燃料極入口領域50Dに供給され、FC2のカソード側に流入する。
【0054】
尚、ガス循環用ファン7a,7bとして、図4と同様に構成して、タンク50外部に設置されたモータ8によって駆動されるガス循環用ファン7が使用されるものとしたが、図2と同様に、タンク50内部に設置されたモータ8によって駆動されるガス循環用ファン7が使用されるものとしても構わない。このとき、モータ8は、冷却水が供給されるケーシングによって覆われ、冷却水によって冷却される。
【0055】
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。図6は、本実施形態の原子力発電システムに利用されたガス循環システムの構成を示すブロック図である。尚、図6のガス循環システムにおいて、図1のガス循環システムと同一の部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0056】
図6のガス循環システムを利用する原子力発電システムは、供給されたヘリウムガスを高温にするための原子炉71と、原子炉71で加熱された高温のヘリウムガスが供給されて回転するタービン74と、タービン74から排出されるヘリウムガスを冷却する熱交換器72とを備える。この原子力発電システムにおいて、圧縮機1が熱交換器72で冷却されたヘリウムガスを圧縮し原子炉循環系にモータ8によって回転されるガス循環用ファン7の供給ガス用通路を通って供給され、原子炉71で加熱されたヘリウムガスがタービン74を駆動しさらに発電機5が発電動作を行う。
【0057】
このような原子力発電システムにおいて、タービン74の回転によってヘリウムガスの圧縮を行う圧縮機1から吐出される圧縮されたヘリウムガスが、ガス循環用ファン7を通じて、原子炉71で加熱されて循環される高温のヘリウムガスとともに、原子炉71に供給される。このようにすることで、原子炉71で加熱されるヘリウムガスの温度を効果的に高くすることができるので、プラントの効率を高くすることができる。
【0058】
又、上述の各実施形態の各システムで利用されたガス循環システムに使用されるガス循環用ファンとして、ファンが用いられるものを代表として説明したが、ブロワが用いられるものとしても構わない。
【0059】
【発明の効果】
本発明によると、循環する高温ガスに低温の供給ガスを供給するので、このガス循環システムを利用したシステムにおける熱効率を高くすることができる。又、このとき、ガス循環用ファンが供給ガスによって冷却されるため、ガス循環用ファンの耐熱対策が簡便に実施できる。又、このようなガス循環システムが利用された燃料電池に利用された場合、ガスを燃料電池に供給するためのガスを高温とするための熱交換器が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス循環システムを利用した複合発電システムの構成を示すブロック図。
【図2】ガス循環用ファンとモータの構成の一例を示す断面図。
【図3】図2のガス循環用ファンの構成を示す断面図。
【図4】図2のガス循環用ファンの構成を示す断面図。
【図5】タンク型FCの構成の一例を示す断面図。
【図6】本発明のガス循環システムを利用した発電システムの構成を示すブロック図。
【図7】従来の複合発電システムに用いられる燃料電池周辺の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1 圧縮機
2 FC(燃料電池)
3 燃焼器
4 GT(ガスタービン)
5 発電機
6 燃料改質器
7a,7b ガス循環用ファン
8a,8b モータ
9 流量調節器
10 測温部
Claims (13)
- 低温の供給ガスを供給する供給ガス用通路を備えたガス循環用ファンと、
該ガス循環用ファンにより高温ガスが循環する循環経路と、
を備え、
前記循環経路内に前記低温の供給ガスを供給する際、前記供給ガス用通路を通して前記循環経路内へ流入することを特徴とするガス循環システム。 - 前記循環経路内に前記ガス循環用ファンを回転させるモータが設置されるとともに、該モータが前記循環経路外部からの冷却水が循環するモータ用ケーシング内に備えられることを特徴とする請求項1に記載のガス循環システム。
- 前記モータが前記循環経路外部に設置され、
前記ガス循環用ファンに前記モータの回転を伝達するためのモータ軸を覆うとともに前記供給ガスを前記ガス循環用ファンに供給するためのファン用ケーシングが、前記循環経路に外部から挿入されることを特徴とする請求項1に記載のガス循環システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のガス循環システムを備えるとともに、
前記ガス循環システムによって循環される前記高温ガスが前記供給ガスと共に供給され、電気化学反応を行うことで発電する燃料電池を備えることを特徴とする発電システム。 - 前記燃料電池のアノード側及びカソード側のそれぞれにおいて前記ガス循環システムを備えることを特徴とする請求項4に記載の発電システム。
- 前記燃料電池が、その本体を中央部に備えたタンクに覆われるとともに、セパレーターによって前記燃料電池のアノード側及びカソード側それぞれに対する前記循環経路を前記タンク内に構成することを特徴とする請求項5に記載の発電システム。
- 前記燃料電池に前記高温ガスが循環するとともに、循環される前記高温ガスの一部が排ガスとして別の発電系統に供給されることを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれかに記載の発電システム。
- 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のガス循環システムを備えるとともに、
供給ガスとともに前記ガス循環システムより供給されたガスを前記高温ガスとして排出する高温ガス生成部と、
該高温ガス生成部から排出される前記高温ガスによって回転されるタービンと、
該タービンの回転によって発電する発電機と、
を備えることを特徴とする発電システム。 - モータによって回転されるとともに、高温ガスが循環される循環経路内において、前記高温ガスを一定方向に循環させるガス循環用ファンにおいて、
前記モータからの回転が伝達されるモータ軸が挿入されたノズルコーンと、
該ノズルコーンの周囲に設けられる複数の翼と、
を有し、
前記ノズルコーン及び前記複数の翼において、低温の供給ガスを通過させて前記循環経路に放出する供給ガス用通路を備えることを特徴とするガス循環用ファン。 - 前記モータが前記循環経路内に設置されるとともに、冷却水の循環するモータ用ケーシングが前記モータを覆うように設けられるとき、
前記モータ用ケーシング及び前記モータ軸を覆うとともに、前記低温ガスを前記ノズルコーン及び前記複数の翼に設けられた前記供給ガス用通路に供給するファン用ケーシングを備えることを特徴とする請求項9に記載のガス循環用ファン。 - 前記循環経路に接合されるとともに前記低温ガスを供給するガス供給経路を通じて、前記低温ガスが前記循環経路に供給されるとき、
前記ファン用ケーシングが、前記ガス供給経路と前記循環経路との接合口に対向した部分に、前記ガス供給経路を通じて供給される前記低温ガスを当該ファン用ケーシング内部に供給するための複数のガス供給孔を備えることを特徴とする請求項10に記載のガス循環用ファン。 - 前記モータが前記循環経路外部に設置されるとき、
前記モータ軸を覆うとともに、前記低温ガスを前記ノズルコーン及び前記複数の翼に設けられた前記供給ガス用通路に供給するファン用ケーシングを備えることを特徴とする請求項9に記載のガス循環用ファン。 - 前記ファン用ケーシングが前記循環経路外部から挿入されて設置されるとともに、
前記循環経路外部に備えられた前記低温ガスを供給するガス供給経路の下流側に、前記ファン用ケーシングの前記モータ側が接合されることを特徴とする請求項12に記載のガス循環用ファン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002233819A JP4043314B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | ガス循環システム及び発電システム及びガス循環用ファン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002233819A JP4043314B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | ガス循環システム及び発電システム及びガス循環用ファン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004079207A true JP2004079207A (ja) | 2004-03-11 |
JP4043314B2 JP4043314B2 (ja) | 2008-02-06 |
Family
ID=32018849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002233819A Expired - Fee Related JP4043314B2 (ja) | 2002-08-09 | 2002-08-09 | ガス循環システム及び発電システム及びガス循環用ファン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4043314B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007145638A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | 水素製造システム及び水素製造方法 |
JP2010140750A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
JP2012521061A (ja) * | 2009-03-18 | 2012-09-10 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 燃料電池システムのための冷却装置 |
CN113357169A (zh) * | 2020-03-04 | 2021-09-07 | 核工业理化工程研究院 | 低真空高温载气循环泵及其高温载气驱动方法和应用 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5561370B2 (ja) * | 2010-09-29 | 2014-07-30 | 株式会社村田製作所 | Esd保護デバイスおよびその製造方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5946768A (ja) * | 1982-08-19 | 1984-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 高温ガスの循環用ブロワ装置及び燃料電池反応ガスの循環装置 |
JPH0845523A (ja) * | 1994-08-03 | 1996-02-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池/ガスタービン複合発電システム |
JPH11297336A (ja) * | 1998-04-09 | 1999-10-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電システム |
JP2000027794A (ja) * | 1998-07-10 | 2000-01-25 | Aisin Seiki Co Ltd | コンプレッサ装置 |
JP2000133295A (ja) * | 1998-10-26 | 2000-05-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム |
JP2000156238A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
JP2000200617A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池複合発電プラントシステム |
JP2001052727A (ja) * | 1999-08-04 | 2001-02-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池発電システム |
-
2002
- 2002-08-09 JP JP2002233819A patent/JP4043314B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5946768A (ja) * | 1982-08-19 | 1984-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 高温ガスの循環用ブロワ装置及び燃料電池反応ガスの循環装置 |
JPH0845523A (ja) * | 1994-08-03 | 1996-02-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池/ガスタービン複合発電システム |
JPH11297336A (ja) * | 1998-04-09 | 1999-10-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電システム |
JP2000027794A (ja) * | 1998-07-10 | 2000-01-25 | Aisin Seiki Co Ltd | コンプレッサ装置 |
JP2000133295A (ja) * | 1998-10-26 | 2000-05-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム |
JP2000156238A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
JP2000200617A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池複合発電プラントシステム |
JP2001052727A (ja) * | 1999-08-04 | 2001-02-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池発電システム |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007145638A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Toshiba Corp | 水素製造システム及び水素製造方法 |
JP2010140750A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
JP2012521061A (ja) * | 2009-03-18 | 2012-09-10 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 燃料電池システムのための冷却装置 |
CN113357169A (zh) * | 2020-03-04 | 2021-09-07 | 核工业理化工程研究院 | 低真空高温载气循环泵及其高温载气驱动方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4043314B2 (ja) | 2008-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6255010B1 (en) | Single module pressurized fuel cell turbine generator system | |
JP3837383B2 (ja) | 燃料電池電源装置 | |
EP2226881B1 (en) | A method for detecting the flooding of a fuel cell in a back-up electric fuel cell generator and for accordingly recovering the flooded fuel cell | |
JP6599093B2 (ja) | 燃料電池モジュール、これを備えた複合発電システムおよび燃料電池発電部の温度制御方法 | |
JP2006147575A (ja) | 復熱式大気圧sofc/ガスタービンハイブリッドサイクル | |
EP1463135B1 (en) | Fuel cell system | |
CA2367099C (en) | Method for operating a fuel cell facility, and fuel cell facility | |
JP5318506B2 (ja) | 燃料電池システム | |
US20030054210A1 (en) | Pressurized solid oxide fuel cell integral air accumular containment | |
US6756144B2 (en) | Integrated recuperation loop in fuel cell stack | |
US11322757B2 (en) | Fuel cell system | |
EP2751862A1 (en) | A ventilation arrangement and method for high temperature fuel cell system | |
JP2009021047A (ja) | 屋内設置式燃料電池発電システム | |
JP5070885B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4043314B2 (ja) | ガス循環システム及び発電システム及びガス循環用ファン | |
CN113811691B (zh) | 鼓风机 | |
JP2007026928A (ja) | 燃料電池 | |
JP3443276B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2002008687A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JPH0729587A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JP2004060574A (ja) | 複合発電システム | |
US7258944B2 (en) | Fuel cell with improved separators and circular disk-shaped electrolyte electrode assemblies | |
US20040241513A1 (en) | Integrated recupreator and burner for fuel cells | |
JP3349273B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池モジュール | |
JP2014123523A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050707 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070613 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070724 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070918 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20071010 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071016 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111122 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111122 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |