JP2014089823A - 複合発電システム及び複合発電システムの運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SOFC10及びMGT50を組み合わせて発電を行い、燃料極へ燃料を供給する燃料供給系20及び空気極へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給系70を発電停止時に遮断することで、燃料供給系20及び酸化性ガス供給系70の系内に通気ガスを封じ込めてSOFC10を保護する複合発電システム1が、遮断直後及び/または遮断後の温度低下時に、燃料供給系20及び酸化性ガス供給系70に系内の圧力調整用ガスを供給する加圧ガス供給系統を備えている。
【選択図】図1
Description
このような燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気(酸化剤)側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。
このようなSOFCにおいては、発電停止に伴う空気極の還元や燃料極の酸化による劣化を防止するため、燃料電池の運転停止後に燃料極側へ窒素等の不活性ガスをパージすることで、燃料電池を保護することが行われている。
また、従来の複合発電システムにおいては、通常の発電停止操作として、燃料系統に還元ガスを通気するとともに、空気系統に空気の通気をして冷却させた後に減圧して停止させることが行われている。
また、緊急停止の際に、SOFCの空気流通空間と燃料流通空間の通気ガスを高温状態で系内に封じ込めた後に、大気解放することで空気流通空間と燃料流通空間の圧力を保持して停止させる方法もあるが、流通空間の通気ガスを大気解放しないで再起動まで保持する場合、封じ込めを実施してから常温・常圧の停止状態に移行させる過程においては、燃料極/空気極間の差圧や負圧に対する圧力制御が必要となる。
このように、複合発電システムの発電停止後において、大気解放時や再起動時に系統間の差圧が生じると、燃料電池の構成部品の損傷等の悪影響を及ぼすという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料極/空気極間の差圧及び負圧を容易かつ確実に防止または抑制できる低コストで信頼性の高い圧力制御を可能にした複合発電システムを提供することにある。
本発明に係る第1の複合発電システムは、燃料電池及び内燃機関を組み合わせて発電を行い、燃料極へ燃料を供給する燃料供給系、空気極へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給系、燃料極の燃料を排出する燃料排出系及び空気極の酸化性ガスを排出する酸化性ガス排出系を発電停止時に遮断することで、前記燃料電池の系内に通気ガスを封じ込める複合発電システムであって、前記遮断直後及び/または前記遮断後の前記燃料電池の温度低下時に、前記燃料供給系及び前記酸化性ガス供給系に系内の圧力調整用ガスを供給する加圧ガス供給系統を備えていることを特徴とするものである。
この場合に好適な圧力調整ガスは、燃料供給系では還元ガスや窒素ガス等を例示でき、酸化性ガス供給系では空気や窒素ガス等を例示できる。
この場合に好適な差圧調整ガスとしては、圧力調整した窒素ガス等の不活性ガスや空気等を例示できる。
また、発電停止操作で使用する通気ガス量が大幅に減少するので、ランニングコストの低減が可能になる。
図1に示す本実施形態の複合発電システム(燃料電池及び内燃機関による発電システム)1は、高温型の燃料電池であるSOFC10と、内燃機関であるガスタービンやガスエンジンの一例としてマイクロガスタービン(以下「MGT」と呼ぶ)50とを組み合わせることにより、効率のよい発電を行うものである。
さらに、MGT50から排出される高温の燃焼排ガスを排熱回収ボイラに導入すれば、蒸気タービンによる発電も組み合わせた複合発電システムの構築も可能である。
本実施形態のSOFCカートリッジ11は、燃料ガス供給室14と燃料ガス排出室15と酸化性ガス供給室16と酸化性ガス排出室17とが図示のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック12の内側と外側とを対向して流れる構造となっている。しかし、必ずしもこの配置や構成に限定されることはなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または、酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしてもよい。
以下の説明では、燃料として都市ガスをSOFC10の外部または内部で改質して使用し、酸化性ガスとして空気を使用する場合について説明するが、この場合の空気は、MGT50から供給される圧縮空気となる。
圧縮機51は、フィルタ54を介して導入した大気(空気)を圧縮するもので、この場合の駆動源はタービン53となる。圧縮機51で圧縮された圧縮空気は、燃焼器52や再生熱交換器55を介してSOFC等へ供給される。
燃焼器52は、圧縮空気の供給を受けて燃料の都市ガスを燃焼させ、高温高圧の燃焼排ガスを生成してタービン53へ供給する。
タービン53で仕事をした燃焼排ガスは、再生熱交換器55で圧縮空気との熱交換により昇温させた後、煙突60から大気へと放出される。
図示の燃料供給系20は、開閉弁21を備えた都市ガス(燃料ガス)供給ライン22と、開閉弁21の下流側に接続された窒素ガス供給ライン23、水蒸気供給ライン24、還元ガス/窒素ガス供給ライン25を備えている。なお、図示の還元ガス/窒素ガス供給ライン25は、還元ガスまたは窒素ガスのいずれか一方を供給する流路である。
再循環ライン26bは、流量調整弁29を介してSOFC10の排燃料ガスを燃料供給系20に戻している。
また、酸化性ガス排出系75は、SOFC10から排出された酸化性ガスをMGT50に供給する流路であって、SOFC10とMGT50が開閉弁76を介して流路が連結されている。
そこで、このような系内圧力の低下による負圧の発生を防止するため、遮断直後及び/または遮断後の温度低下時に、封じ込め系内に圧力調整用ガスを供給する加圧ガス供給系統が設けられている。具体的な加圧ガス供給系統は、燃料供給系20に圧力調整用ガスを供給するバイパス流路23bを備えた窒素ガス供給ライン23または還元ガス/窒素ガス供給ライン25と、酸化性ガス供給系70に圧力調整用ガスを供給する空気/窒素ガス供給ライン74とがある。
この場合に好適な圧力調整ガスは、燃料供給系20では還元ガスや窒素ガス等を例示でき、酸化性ガス供給系70では空気や窒素ガス等を例示できる。
加圧ガスの供給量は、減圧弁23c,25a,73により封じ込め対象となる系内圧力にもよるが、加圧ガスの投入によって系内圧力が高くなり、温度が急激に上昇することになっても系内に用いられている金属部材の耐熱温度を上回らないように配慮する必要があるため、予め設定された供給量にすることが望ましい。このような観点から、系内の通気ガスがある程度まで温度低下した状態で加圧ガスを投入することが望ましい。
この場合の差圧は、例えば図2に示す差圧計40により排燃料ライン26aと、圧力容器81の系内圧力とから計測される。
この場合、差圧調整ガスとして減圧弁73で圧力調整したものを使用すれば、電源がなくても減圧弁73による圧力調整が可能であるため、停電時やDCS異常になっても特別な操作は不要であり、通常の発電停止操作をそのまま継続することができる。
そして、上述した複合発電システム1は、発電停止時の遮断直後及び/または遮断後のSOFC10の系内の温度低下時において、燃料供給系20及び/または酸化性ガス供給系70に圧力調整ガスとなる加圧調整用ガスや差圧調整ガスを投入して発電停止時の系内圧力調整を行う発電停止時運転方法が可能となる。
本実施例の発電停止操作は、セルスタック12の燃料極が再酸化することによる応力の発生を保護するために、発電停止時に使用する圧力調整用ガスや差圧調整ガスとして、燃料供給系20に還元ガスまたは不活性ガスと還元ガスの混合ガスを使用する。これにより封じ込めされた状態の燃料供給系20を還元状態とすることで、燃料極が再酸化してセルスタック12に応力が発生することを抑制できる。
本実施例の発電停止操作は、ロバスト性が高いセルスタック12に適用されるものであり、発電停止時に使用する圧力調整用ガスや差圧調整ガスとして、燃料供給系20に窒素ガスを使用し、かつ、酸化性ガス供給系70に空気または窒素ガスを使用する停止操作である。
本実施例の停止操作において、燃料極系統及び/または空気極系統への圧力調整ガスや差圧調整ガスの供給は、燃料極系統と空気極系統が同じタイミングであってもよいし、別々のタイミングで行ってもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10 SOFC(固体酸化物形燃料電池)
11 SOFCカートリッジ
12 セルスタック
13 発電室
14 燃料ガス供給室
15 燃料ガス排出室
16 酸化性ガス供給室
17 酸化性ガス排出室
20 燃料供給系
21,23a,23d,24a,25b,72 開閉弁
22 都市ガス(燃料ガス)供給ライン
23 窒素ガス供給ライン
23c,25a,73 減圧弁
24 水蒸気供給ライン
25 還元ガス/窒素ガス供給ライン
40 差圧計
50 MGT(マイクロガスタービン)
51 圧縮機
52 燃焼器
53 タービン
60 煙突
70 酸化性ガス供給系
Claims (4)
- 燃料電池及び内燃機関を組み合わせて発電を行い、燃料極へ燃料を供給する燃料供給系、空気極へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給系、燃料極の燃料を排出する燃料排出系及び空気極の酸化性ガスを排出する酸化性ガス排出系を発電停止時に遮断することで、前記燃料電池の系内に通気ガスを封じ込める複合発電システムであって、
前記遮断直後及び/または前記遮断後の前記燃料電池の温度低下時に、前記燃料供給系及び前記酸化性ガス供給系に系内の圧力調整用ガスを供給する加圧ガス供給系統を備えていることを特徴とする複合発電システム。 - 燃料電池及び内燃機関を組み合わせて発電を行い、燃料極へ燃料を供給する燃料供給系、空気極へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給系、燃料極の燃料を排出する燃料排出系及び空気極の酸化性ガスを排出する酸化性ガス排出系を発電停止時に遮断することで、前記燃料電池の系内に通気ガスを封じ込める複合発電システムであって、
前記遮断直後及び/または前記遮断後の前記燃料電池の温度低下時に、前記燃料供給系及び前記酸化性ガス供給系の系内間に生じる差圧を所定値以内に維持する差圧調整ガスを前記酸化性ガス供給系に供給する差圧調整ガス供給系統を備えていることを特徴とする複合発電システム。 - 前記加圧ガス供給系統及び/または前記差圧調整ガス供給系統が、供給するガス圧力の調整機構を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の複合発電システム。
- 燃料電池及び内燃機関を組み合わせて発電を行い、燃料極へ燃料を供給する燃料供給系及び空気極へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給系を発電停止時に遮断することで、前記燃料供給系及び前記酸化性ガス供給系の系内に通気ガスを封じ込める複合発電システムの運転方法であって、
前記遮断直後及び/または前記遮断後の温度低下時に、前記燃料供給系及び/または前記酸化性ガス供給系に圧力調整ガスを投入して系内圧力調整を行うことを特徴とする複合発電システムの運転方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016085927A (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 複合発電システム及び複合発電システムの制御方法 |
JP2016091644A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 複合発電システム、その制御装置及び方法並びにプログラム |
JP2018032472A (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法、並びに、発電システム及びその制御方法 |
CN114856766A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-05 | 国能龙源环保南京有限公司 | 联合光伏发电使用的尿素溶液储存运输系统与方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1040939A (ja) * | 1996-07-23 | 1998-02-13 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の循環ブロア運転方法 |
JP2002117873A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池・原動機複合システム |
JP2006152901A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Toyota Motor Corp | ハイブリッドシステム |
JP2007141758A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池システム |
JP2008251247A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池ガスタービン複合発電システム及びその制御方法 |
WO2010113442A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
JP2011054288A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子形燃料電池発電システム |
-
2012
- 2012-10-29 JP JP2012237837A patent/JP6066662B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1040939A (ja) * | 1996-07-23 | 1998-02-13 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置の循環ブロア運転方法 |
JP2002117873A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池・原動機複合システム |
JP2006152901A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Toyota Motor Corp | ハイブリッドシステム |
JP2007141758A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池システム |
JP2008251247A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池ガスタービン複合発電システム及びその制御方法 |
WO2010113442A1 (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-07 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
JP2011054288A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子形燃料電池発電システム |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016085927A (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 複合発電システム及び複合発電システムの制御方法 |
JP2016091644A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 複合発電システム、その制御装置及び方法並びにプログラム |
US9666888B2 (en) | 2014-10-30 | 2017-05-30 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Combined power generation system and unit, method, and program for controlling the same |
JP2018032472A (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法、並びに、発電システム及びその制御方法 |
CN114856766A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-05 | 国能龙源环保南京有限公司 | 联合光伏发电使用的尿素溶液储存运输系统与方法 |
CN114856766B (zh) * | 2022-04-21 | 2023-04-25 | 国能龙源环保南京有限公司 | 联合光伏发电使用的尿素溶液储存运输系统与方法 |
Also Published As
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