JP2020161499A - Fuel cell power generation system - Google Patents

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Yasushi Iwai
康 岩井
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龍太郎 森
孝洋 城島
Takahiro Jojima
孝洋 城島
大悟 小林
Daigo Kobayashi
大悟 小林
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Abstract

To realize excellent system efficiency by maintaining the temperature of a solid oxide fuel cell on the subsequent stage side properly, even when multiple solid oxide fuel cells are cascaded, thereby restraining deterioration of power generation performance.SOLUTION: A fuel cell power generation system 1 includes a first fuel cell 2, a second fuel cell 4 for generating power by using second fuel gas Gf2 on a second fuel gas supply line 10 discharged from the first fuel cell, an inverter 62 for converting DC power, generated by the second fuel cell, into AC power, and an adjustment valve 40 capable of adjusting supply amount of second oxidizer gas Go2 on a second oxidizer gas supply line 34 for the second fuel cell. At least one of the setting current amount of the second fuel cell, or the opening of the adjustment valve is adjusted so that the temperature of the second fuel cell becomes a reference value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、複数の燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell power generation system that generates power using a plurality of fuel cells.

発電デバイスの一つとして固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている。固体酸化物形燃料電池は、従来、ガスタービンや蒸気タービンのような他の発電デバイスと組み合わされることにより、複合発電システムとして利用されていた。複合発電システムでは、前段の固体酸化物形燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガス（空気ガス）を供給し、発電を行うとともに、固体酸化物形燃料電池から排出される出口燃料ガス（排燃料ガス）と出口酸化剤ガス（排空気ガス）とを混合し、燃焼器で燃焼させて、後段のガスタービンや蒸気タービンに投入することで、これらのタービンに結合した発電器で発電を行う。タービンから排出される排ガスのエネルギは、更に、排気回収システムで回収される。 A solid oxide fuel cell (SOFC) is known as one of the power generation devices. Solid oxide fuel cells have traditionally been used as combined cycle systems by being combined with other power generation devices such as gas turbines and steam turbines. In the combined power generation system, fuel gas and oxidant gas (air gas) are supplied to the solid oxide type fuel cell in the previous stage to generate power, and the outlet fuel gas (exhaust fuel gas) discharged from the solid oxide type fuel cell is generated. ) And the outlet oxidant gas (exhaust air gas) are mixed, burned in a combustor, and input to a gas turbine or steam turbine in the subsequent stage to generate power with a generator coupled to these turbines. The energy of the exhaust gas discharged from the turbine is further recovered by the exhaust recovery system.

このような複合発電システムでは、ガスタービンや蒸気タービンの効率は、固体酸化物形燃料電池に比べて低い。そこで特許文献１では、ガスタービンや蒸気タービンに代えて後段側にも固体酸化物形燃料電池を採用することで、複数の固体酸化物形燃料電池をカスケード接続した高効率な発電システムが提案されている。 In such a combined cycle system, the efficiency of gas turbines and steam turbines is lower than that of solid oxide fuel cells. Therefore, Patent Document 1 proposes a highly efficient power generation system in which a plurality of solid oxide fuel cells are cascade-connected by adopting a solid oxide fuel cell on the rear stage side instead of a gas turbine or a steam turbine. ing.

特許第３９２４２４３号公報Japanese Patent No. 3924243

特許文献１のように複数の固体酸化物形燃料電池をカスケード接続したシステムでは、前段の固体酸化物形燃料電池で使用された燃料ガスが後段の固体酸化物形燃料電池で利用される。そのため、後段の固体酸化物形燃料電池で使用される燃料ガスは、前段の固体酸化物形燃料電池に比べて濃度が少なくなる。その結果、後段の固体酸化物形燃料電池では前段の固体酸化物形燃料電池に比べて出力が抑制され発電に伴う発熱量が小さくなり、固体酸化物形燃料電池を適正に運用するための温度を維持することが困難になる場合がある。この場合、後段の固体酸化物形燃料電池では、発電電圧が低下し、特に部分負荷運転時にシステム効率が低下してしまうおそれがある。 In a system in which a plurality of solid oxide fuel cells are cascade-connected as in Patent Document 1, the fuel gas used in the solid oxide fuel cell in the first stage is used in the solid oxide fuel cell in the latter stage. Therefore, the fuel gas used in the solid oxide fuel cell in the subsequent stage has a lower concentration than that in the solid oxide fuel cell in the previous stage. As a result, the output of the solid oxide fuel cell in the latter stage is suppressed and the calorific value associated with power generation is smaller than that in the solid oxide fuel cell in the first stage, and the temperature for proper operation of the solid oxide fuel cell is reduced. May be difficult to maintain. In this case, in the solid oxide fuel cell in the subsequent stage, the generated voltage may decrease, and the system efficiency may decrease particularly during partial load operation.

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、複数の固体酸化物形燃料電池がカスケード接続された場合において、後段側の固体酸化物形燃料電池の温度を適正に維持することにより、発電性能の低下を抑制し、優れたシステム効率を実現可能な燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and when a plurality of solid oxide fuel cells are cascade-connected, the temperature of the solid oxide fuel cell on the rear stage side is appropriately maintained. By doing so, it is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation system capable of suppressing deterioration of power generation performance and realizing excellent system efficiency.

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料電池発電システムは上記課題を解決するために、
第１燃料ガス、及び、第１酸化剤ガスを用いて、電力を発生する第１燃料電池と、
前記第１燃料電池から排出される第２燃料ガス、及び、第２酸化剤ガスを用いて、電力を発生する第２燃料電池と、
前記第２燃料電池に対する前記第２酸化剤ガスの供給量を調整可能な調整バルブと、
を備え、
前記調整バルブは、前記第２燃料電池の温度が基準値になるように調整される。 (1) The fuel cell power generation system according to at least one embodiment of the present invention is used to solve the above problems.
A first fuel cell that generates electric power using the first fuel gas and the first oxidant gas, and
A second fuel cell that generates electric power by using the second fuel gas and the second oxidant gas discharged from the first fuel cell, and
An adjustment valve that can adjust the supply amount of the second oxidant gas to the second fuel cell, and
With
The adjusting valve is adjusted so that the temperature of the second fuel cell becomes a reference value.

上記（１）の構成によれば、第１燃料電池に対して後段側に配置される第２燃料電池に供給される第２酸化剤ガスが、調整バルブによって調整可能に構成される。調整バルブの調整は、第２燃料電池の温度が基準値になるように制御されるため、後段側の固体電解質型の温度を適正に維持することができ、高効率な燃料電池発電システムを実現できる。 According to the configuration (1) above, the second oxidant gas supplied to the second fuel cell arranged on the rear side of the first fuel cell is adjustable by the adjusting valve. Since the adjustment of the adjustment valve is controlled so that the temperature of the second fuel cell becomes the reference value, the temperature of the solid electrolyte type on the rear stage side can be maintained appropriately, and a highly efficient fuel cell power generation system is realized. it can.

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記第１酸化剤ガス、及び、前記第２酸化剤ガスは、共通の酸化剤ガス供給源に対して互いに並列に設けられた第１酸化剤ガス供給ライン及び第２酸化剤ガス供給ラインを介して、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池にそれぞれ供給され、
前記調整バルブは、前記第１酸化剤ガス供給ライン又は前記第２酸化剤ガス供給ラインの少なくとも一方に配置される。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The first oxidant gas and the second oxidant gas are passed through a first oxidant gas supply line and a second oxidant gas supply line provided in parallel with each other with respect to a common oxidant gas supply source. Is supplied to the first fuel cell and the second fuel cell, respectively.
The adjusting valve is arranged at at least one of the first oxidant gas supply line and the second oxidant gas supply line.

上記（２）の構成によれば、第１燃料電池及び第２燃料電池は、第１酸化剤ガス供給ライン及び第２酸化剤ガス供給ラインを介して、酸化剤ガス供給源に対して並列に接続される。このような第１酸化剤ガス供給ライン又は第２酸化剤ガス供給ラインの少なくとも一方に調整バルブを設置することで、第１燃料電池及び第２燃料電池に対する酸化剤ガスの供給比率の調整が可能となる。これにより、後段側の固体酸化物形燃料電池に対する酸化剤ガスの供給量を調整するための構成を、効率的なレイアウトで実現できる。 According to the configuration of (2) above, the first fuel cell and the second fuel cell are connected in parallel to the oxidant gas supply source via the first oxidant gas supply line and the second oxidant gas supply line. Be connected. By installing an adjustment valve on at least one of the first oxidant gas supply line and the second oxidant gas supply line, it is possible to adjust the supply ratio of the oxidant gas to the first fuel cell and the second fuel cell. It becomes. As a result, a configuration for adjusting the supply amount of the oxidant gas to the solid oxide fuel cell on the rear stage side can be realized with an efficient layout.

（３）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記第１酸化剤ガスが前記第１燃料電池から排出された後、前記第２酸化剤ガスとして前記第２燃料電池に供給されるように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池間に設けられる第３酸化剤ガス供給ラインと、
前記第３酸化剤ガス供給ラインから前記第２燃料電池を迂回するように分岐する第４酸化剤ガス供給ラインと、
を備え、
前記調整バルブは、前記第３酸化剤ガス供給ライン又は前記第４酸化剤ガス供給ラインの少なくとも一方に配置される。 (3) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
Between the first fuel cell and the second fuel cell so that the first oxidant gas is discharged from the first fuel cell and then supplied to the second fuel cell as the second oxidant gas. The third oxidizer gas supply line provided and
A fourth oxidant gas supply line that branches from the third oxidant gas supply line so as to bypass the second fuel cell, and
With
The adjusting valve is arranged at at least one of the third oxidant gas supply line and the fourth oxidant gas supply line.

上記（３）の構成によれば、第１燃料電池で使用された酸化剤ガスは、第３酸化剤ガス供給ラインを介して、後段側の第２燃料電池に送られて利用される。このように酸化剤ガスの供給経路を、第１燃料電池及び第２燃料電池にわたって直列的に設けた場合においても、第３酸化剤供給ラインから第２燃料電池を迂回するように分岐する第４酸化剤供給ラインを設け、第３酸化剤供給ライン又は第４酸化剤供給ラインの少なくとも一方に調整バルブを設置することで、第１燃料電池及び第２燃料電池に対する酸化剤ガスの供給比率の調整が可能となる。これにより、後段側の固体酸化物形燃料電池に対する酸化剤ガスの供給量を調整するための構成を、効率的なレイアウトで実現できる。 According to the configuration of (3) above, the oxidant gas used in the first fuel cell is sent to the second fuel cell on the rear stage side via the third oxidant gas supply line and used. Even when the oxidant gas supply path is provided in series across the first fuel cell and the second fuel cell in this way, the fourth oxidant gas supply line is branched so as to bypass the second fuel cell. By providing an oxidant supply line and installing an adjustment valve on at least one of the third oxidant supply line and the fourth oxidant supply line, the supply ratio of the oxidant gas to the first fuel cell and the second fuel cell can be adjusted. Is possible. As a result, a configuration for adjusting the supply amount of the oxidant gas to the solid oxide fuel cell on the rear stage side can be realized with an efficient layout.

（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、
前記第２燃料電池から排出される第３燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の下流側に設けられたタービンと、
前記タービンにより駆動するコンプレッサと、
を備え、
前記第２酸化剤ガスは前記第２燃料電池から排出された後、前記燃焼器を介さずに、前記タービンに供給される。 (4) In some embodiments, in any one of the above (1) to (3),
A combustor that burns the third fuel gas discharged from the second fuel cell, and
A turbine provided on the downstream side of the combustor and
The compressor driven by the turbine and
With
After being discharged from the second fuel cell, the second oxidant gas is supplied to the turbine without going through the combustor.

上記（４）の構成によれば、第２燃料電池から排出される酸化剤ガスは、燃焼器を介さずに、ターボチャージャに対して直接的に供給される。これにより、燃焼器を介した場合に生じる圧損増加を回避でき、ターボチャージャにおける回収動力の低下を抑制できる。 According to the configuration of (4) above, the oxidant gas discharged from the second fuel cell is directly supplied to the turbocharger without going through the combustor. As a result, it is possible to avoid an increase in pressure loss that occurs when the turbocharger is used, and it is possible to suppress a decrease in recovery power in the turbocharger.

（５）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、
前記第１酸化剤ガスは前記第１燃料電池から排出された後、前記燃焼器に供給される。 (5) In some embodiments, in the configuration of (4) above,
The first oxidant gas is discharged from the first fuel cell and then supplied to the combustor.

上記（５）の構成によれば、第１燃料電池から排出される酸化剤ガスは、第２燃料電池に供給されることなく、燃焼器に供給される。これにより、第２燃料電池から排出される第３燃料ガスと混合されて燃焼器で燃焼されることで、ターボチャージャを効率よく駆動することが可能となる。 According to the configuration of (5) above, the oxidant gas discharged from the first fuel cell is supplied to the combustor without being supplied to the second fuel cell. As a result, the turbocharger can be efficiently driven by being mixed with the third fuel gas discharged from the second fuel cell and burned in the combustor.

（６）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、
前記第２燃料電池から排出される第３燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の下流側に設けられた前記タービンと、
前記タービンによる駆動する前記コンプレッサと、
を備え、
前記第１酸化剤ガス及び前記第２酸化剤ガスは、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池からそれぞれ排出された後、前記燃焼器に供給される。 (6) In some embodiments, in any one of the above (1) to (3),
A combustor that burns the third fuel gas discharged from the second fuel cell, and
With the turbine provided on the downstream side of the combustor,
The compressor driven by the turbine and
With
The first oxidant gas and the second oxidant gas are discharged from the first fuel cell and the second fuel cell, respectively, and then supplied to the combustor.

上記（６）の構成によれば、
第１燃料電池及び第２燃料電池からそれぞれ排出される酸化剤ガスは、燃焼器に供給される。これらの酸化剤ガスは、第２燃料電池から排出される第３燃料ガスと混合されて燃焼器で燃焼されることで、ターボチャージャを効率よく駆動することが可能となる。 According to the configuration of (6) above
The oxidant gas discharged from the first fuel cell and the second fuel cell is supplied to the combustor. These oxidant gases are mixed with the third fuel gas discharged from the second fuel cell and burned in the combustor, so that the turbocharger can be efficiently driven.

（７）幾つかの実施形態では上記（１）から（６）のいずれか一構成において、
前記第１燃料電池、前記、第２燃料電池を収容する圧力容器を更に備え、
前記調整バルブは、前記圧力容器の外部に配置される。 (7) In some embodiments, in any one of the above (1) to (6),
A pressure vessel for accommodating the first fuel cell and the second fuel cell is further provided.
The adjusting valve is arranged outside the pressure vessel.

上記（７）の構成によれば、調整バルブを圧力容器の外部に配置することで、調整バルブに対して容易にアクセスできる。これにより、例えば、第２燃料電池に対する酸化剤ガスの供給量を調整するために、作業員による調整バルブのマニュアル操作が容易になる。 According to the configuration of (7) above, the adjusting valve can be easily accessed by arranging the adjusting valve outside the pressure vessel. This facilitates manual operation of the adjustment valve by the operator, for example, in order to adjust the supply amount of the oxidant gas to the second fuel cell.

（８）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一構成において、
前記第２燃料ガスに含まれる水分を回収する水分回収器と、
前記水分回収器で前記水分が回収された前記第２燃料ガスの一部を前記第１燃料電池に再循環する再循環ラインと、
を備える。 (8) In some embodiments, in any one of the above (1) to (7),
A water recovery device that recovers the water contained in the second fuel gas, and
A recirculation line that recirculates a part of the second fuel gas whose water has been recovered by the water recovery device to the first fuel cell.
To be equipped.

上記（８）の構成によれば、第２燃料電池に供給される第２燃料ガスは、水分回収器によって第２燃料電池への供給前に水分が回収される。また水分が回収された第２燃料ガスの一部は、再循環ラインを介して第１燃料電池に再循環される。これにより、第２燃料電池に供給される第２燃料ガスの発熱量を増加させることができ、第２燃料電池の出力低下を抑制できる。 According to the configuration of (8) above, the water of the second fuel gas supplied to the second fuel cell is recovered by the water collector before being supplied to the second fuel cell. A part of the second fuel gas whose water has been recovered is recirculated to the first fuel cell via the recirculation line. As a result, the calorific value of the second fuel gas supplied to the second fuel cell can be increased, and the decrease in the output of the second fuel cell can be suppressed.

（９）幾つかの実施形態では上記（１）から（８）のいずれか一構成において、
複数の前記第１燃料電池の間に前記第２燃料電池が配置される燃料電池ユニットを少なくとも一つ備える。 (9) In some embodiments, in any one of the above (1) to (8),
At least one fuel cell unit in which the second fuel cell is arranged is provided between the plurality of first fuel cells.

上記（９）の構成によれば、発熱量が低い燃料ガスを取り扱う第２燃料電池を、第１燃料電池の間に配置することで、第２燃料電池における温度低下をより効果的に抑制し、優れたシステム効率を実現できる。 According to the configuration (9) above, by arranging the second fuel cell that handles the fuel gas having a low calorific value between the first fuel cells, the temperature drop in the second fuel cell can be suppressed more effectively. , Excellent system efficiency can be achieved.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数の固体酸化物形燃料電池がカスケード接続された場合において、後段側の固体酸化物形燃料電池の温度を適正に維持することにより、発電性能の低下を抑制し、優れたシステム効率を実現可能な燃料電池発電システムを提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, when a plurality of solid oxide fuel cells are cascade-connected, the power generation performance is lowered by maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell on the rear stage side appropriately. It is possible to provide a fuel cell power generation system that can realize excellent system efficiency.

第１実施形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the fuel cell power generation system which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the fuel cell power generation system which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the fuel cell power generation system which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the fuel cell power generation system which concerns on 4th Embodiment. 図４の変形例である。It is a modification of FIG.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely explanatory examples. Absent.

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る燃料電池発電システム１の全体構成を示す模式図である。燃料電池発電システム１は、第１燃料電池２及び第２燃料電池４を備える。第１燃料電池２及び第２燃料電池４は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて電気化学反応により発電を行う。燃料ガスは、例えば、メタンガス（天然ガス）又はプロパンガスであり、酸化剤ガスは、例えば、空気である。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of the fuel cell power generation system 1 according to the first embodiment. The fuel cell power generation system 1 includes a first fuel cell 2 and a second fuel cell 4. The first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 are solid oxide fuel cells (SOFCs), and generate power by an electrochemical reaction using a fuel gas and an oxidant gas. The fuel gas is, for example, methane gas (natural gas) or propane gas, and the oxidant gas is, for example, air.

第１燃料電池２は、発電した直流電力を第１電力系統５０に対応する交流電力に変換するための第１インバータ５２を有する。第１燃料電池２の温度（発電室温度）は、第１温度センサ５４によって監視されており、第１インバータ５２の電流量の調整によって、第１温度センサ５４の検出値が所定温度になるように制御することができる。 The first fuel cell 2 has a first inverter 52 for converting the generated DC power into AC power corresponding to the first power system 50. The temperature of the first fuel cell 2 (power generation chamber temperature) is monitored by the first temperature sensor 54, and the detected value of the first temperature sensor 54 becomes a predetermined temperature by adjusting the amount of current of the first inverter 52. Can be controlled to.

第２燃料電池４は、発電した直流電力を第２電力系統６０に対応する交流電力に変換するための第２インバータ６２を有する。第２インバータ６２の電流量は第1燃料電池２から排出される第２燃料ガス量に応じて適切な値に設定される。第２燃料電池４の温度（発電室温度）は、第２温度センサ６４によって監視されており、第２温度センサ６４の検出値が所定温度になるように酸化剤ガス流量で制御することができる。
尚、後に詳述するように、第２温度センサ６４の検出値が基準値以下になる場合には、調整バルブ４０によって第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給量を減少させることで、第２燃料電池４の温度が適正範囲に調整される。 The second fuel cell 4 has a second inverter 62 for converting the generated DC power into AC power corresponding to the second power system 60. The current amount of the second inverter 62 is set to an appropriate value according to the amount of the second fuel gas discharged from the first fuel cell 2. The temperature of the second fuel cell 4 (power generation chamber temperature) is monitored by the second temperature sensor 64, and can be controlled by the oxidant gas flow rate so that the detected value of the second temperature sensor 64 becomes a predetermined temperature. ..
As will be described in detail later, when the detected value of the second temperature sensor 64 is equal to or less than the reference value, the adjusting valve 40 reduces the supply amount of the oxidant gas to the second fuel cell 4 to obtain the first value. 2 The temperature of the fuel cell 4 is adjusted to an appropriate range.

燃料ガス（第１燃料ガスＧｆ１）は、燃料ガス供給源６から第１燃料ガス供給ライン８を介して第１燃料電池２に供給される。第１燃料電池２は複数の電池セル（不図示）を含んでおり、第１燃料ガス供給ライン８は各電池セルに分岐することで並列に燃料ガスを供給する。 The fuel gas (first fuel gas Gf1) is supplied from the fuel gas supply source 6 to the first fuel cell 2 via the first fuel gas supply line 8. The first fuel cell 2 includes a plurality of battery cells (not shown), and the first fuel gas supply line 8 branches into each battery cell to supply fuel gas in parallel.

第１燃料電池２の各電池セルから排出される燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）は、第２燃料ガス供給ライン１０を介して、第２燃料電池４に供給される。第２燃料電池４は少なくとも一つの電池セル（不図示）を含む。 The fuel gas (second fuel gas Gf2) discharged from each battery cell of the first fuel cell 2 is supplied to the second fuel cell 4 via the second fuel gas supply line 10. The second fuel cell 4 includes at least one battery cell (not shown).

第２燃料電池４から排出される燃料ガス（第３燃料ガスＧｆ３）は、燃料ガス排出ライン１２を介して排出される。燃料ガス排出ライン１２上には、燃料ガスを燃焼するための燃焼器１４と、燃焼器１４によって生成された燃焼ガスによって駆動可能なタービン１６が設置されている。燃焼器１４は触媒燃焼器であってもよい。タービン１６は、後述するように酸化剤ガス供給ライン１８上に設けられたコンプレッサ２０に連結されており、コンプレッサ２０とともにターボチャージャ２２を構成する。 The fuel gas (third fuel gas Gf3) discharged from the second fuel cell 4 is discharged via the fuel gas discharge line 12. A combustor 14 for combusting the fuel gas and a turbine 16 that can be driven by the combustion gas generated by the combustor 14 are installed on the fuel gas discharge line 12. The combustor 14 may be a catalytic combustor. The turbine 16 is connected to a compressor 20 provided on the oxidant gas supply line 18 as described later, and constitutes a turbocharger 22 together with the compressor 20.

第２燃料ガス供給ライン１０上には水分回収器１３が設置されてもよい。水分回収器１３は、第１燃料電池２から排出される燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）に含まれる水分を回収するための装置であって、例えば、第２燃料ガス供給ライン１０上の燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）を、外部冷却媒体と熱交換することにより、燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）に含まれる水分を凝縮して回収可能な凝縮器として構成される。これにより、第２燃料電池４に供給される燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）に含まれる水分を減少させることで、第２燃料電池４に供給される燃料ガスの発熱量を向上し、第２燃料電池４の発電出力を向上できる。 A water recovery device 13 may be installed on the second fuel gas supply line 10. The water recovery device 13 is a device for recovering water contained in the fuel gas (second fuel gas Gf2) discharged from the first fuel cell 2, and is, for example, a fuel on the second fuel gas supply line 10. By exchanging heat with the external cooling medium, the gas (second fuel gas Gf2) is configured as a condenser capable of condensing and recovering the water contained in the fuel gas (second fuel gas Gf2). As a result, by reducing the water content in the fuel gas (second fuel gas Gf2) supplied to the second fuel cell 4, the calorific value of the fuel gas supplied to the second fuel cell 4 is improved, and the second 2 The power output of the fuel cell 4 can be improved.

また第２燃料ガス供給ライン１０のうち水分回収器１３より下流側には、再循環ライン２４が分岐される。再循環ライン２４上にはブロワ２５が設置されており、ブロワ２５を駆動することにより、第２燃料ガス供給ライン１０を流れる燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）の一部が、第１燃料電池２の入り口側に再循環されるように構成される。再循環ライン２４上には、第１再生熱交換器２６が設置されており、再循環ライン２４を通過する燃料ガスが、第２燃料ガス供給ライン１０と通過する燃料ガスと熱交換することにより昇温可能に構成されている。 Further, a recirculation line 24 is branched on the downstream side of the second fuel gas supply line 10 from the water recovery device 13. A blower 25 is installed on the recirculation line 24, and by driving the blower 25, a part of the fuel gas (second fuel gas Gf2) flowing through the second fuel gas supply line 10 is a first fuel cell. It is configured to be recirculated to the entrance side of 2. A first regenerative heat exchanger 26 is installed on the recirculation line 24, and the fuel gas passing through the recirculation line 24 exchanges heat with the fuel gas passing through the second fuel gas supply line 10. It is configured to be able to raise the temperature.

また燃料ガス排出ライン１２のうち燃焼器１４より上流側には、第２再生熱交換器２８が設置される。第２再生熱交換器２８は、第２燃料電池４から排出される燃料ガス（第３燃料ガスＧｆ３）を、第２燃料ガス供給ライン１０を流れる燃料ガス（第２燃料ガスＧｆ２）と熱交換することにより昇温可能に構成される。これにより、燃焼器１４に供給される燃料ガスの温度を上昇させ、燃焼器１４の燃焼温度を高めることができる。 A second regenerative heat exchanger 28 is installed on the upstream side of the fuel gas discharge line 12 from the combustor 14. The second regenerative heat exchanger 28 heat-exchanges the fuel gas (third fuel gas Gf3) discharged from the second fuel cell 4 with the fuel gas (second fuel gas Gf2) flowing through the second fuel gas supply line 10. By doing so, the temperature can be raised. As a result, the temperature of the fuel gas supplied to the combustor 14 can be raised, and the combustion temperature of the combustor 14 can be raised.

酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給源３０から酸化剤ガス供給ライン１８を介して第１燃料電池２及び第２燃料電池４に供給される。酸化剤ガス供給ライン１８上には酸化剤ガスを圧縮供給するためのコンプレッサ２０が配置されており、前述のタービン１６とともにターボチャージャ２２を構成する。 The oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply source 30 to the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 via the oxidant gas supply line 18. A compressor 20 for compressing and supplying the oxidant gas is arranged on the oxidant gas supply line 18, and constitutes a turbocharger 22 together with the above-mentioned turbine 16.

酸化剤ガス供給ライン１８は、コンプレッサ２０より下流側において第１酸化剤ガス供給ライン３２及び第２酸化剤ガス供給ライン３４に分岐される。第１酸化剤ガス供給ライン３２は第１燃料電池２に接続されており、第２酸化剤ガス供給ライン３４は第２燃料電池４に接続される。これにより、第１燃料電池２及び第２燃料電池４は、酸化剤ガス供給源３０に対して並列に接続される。 The oxidant gas supply line 18 is branched into a first oxidant gas supply line 32 and a second oxidant gas supply line 34 on the downstream side of the compressor 20. The first oxidant gas supply line 32 is connected to the first fuel cell 2, and the second oxidant gas supply line 34 is connected to the second fuel cell 4. As a result, the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 are connected in parallel to the oxidant gas supply source 30.

第１酸化剤ガス供給ライン３２又は第２酸化剤ガス供給ライン３４の少なくとも一方には、第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給量を調整するための調整バルブ４０が設けられる。図１の例では、第２燃料電池４に接続される第２酸化剤ガス供給ライン３４上に調整バルブ４０が設けられており、調整バルブ４０の開度を調整することにより、第２燃料電池４に対する酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）の供給量を調整可能に構成される。 At least one of the first oxidant gas supply line 32 and the second oxidant gas supply line 34 is provided with an adjusting valve 40 for adjusting the supply amount of the oxidant gas to the second fuel cell 4. In the example of FIG. 1, the adjusting valve 40 is provided on the second oxidant gas supply line 34 connected to the second fuel cell 4, and the second fuel cell is adjusted by adjusting the opening degree of the adjusting valve 40. The supply amount of the oxidant gas (second oxidant gas Go2) with respect to 4 can be adjusted.

調整バルブ４０の初期開度は、第１燃料電池２に対する酸化剤ガス（第１酸化剤ガスＧｏ１）の供給量に対して所定割合になるように設定されるが、後述するように、この初期開度は、第２温度センサ６４の検出値に応じて可変制御される。 The initial opening degree of the adjusting valve 40 is set to be a predetermined ratio with respect to the supply amount of the oxidant gas (first oxidant gas Go1) to the first fuel cell 2. As will be described later, this initial opening degree. The opening degree is variably controlled according to the detected value of the second temperature sensor 64.

尚、本実施形態のバリエーションとして、第１燃料電池２に接続される第１酸化剤ガス供給ライン３２上に調整バルブ４０を設け、第１燃料電池２に対する酸化剤ガス（第１酸化剤ガスＧｏ１）の供給量を規制することにより、間接的に第２燃料電池４に対する酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）の供給量を調整してもよい。またコスト面では不利になるが、第１酸化剤ガス供給ライン３２及び第２酸化剤ガス供給ライン３４上にそれぞれ調整バルブ４０を設け、各調整バルブ４０の開度を調整することで、第１燃料電池２及び第２燃料電池４に対する酸化剤ガス（第１酸化剤ガスＧｏ１及び第２酸化剤ガスＧｏ２）の供給量をきめ細かく調整するようにしてもよい。 As a variation of the present embodiment, an adjusting valve 40 is provided on the first oxidant gas supply line 32 connected to the first fuel cell 2, and the oxidant gas for the first fuel cell 2 (first oxidant gas Go1) is provided. ) May be indirectly adjusted for the supply amount of the oxidant gas (second oxidant gas Go2) to the second fuel cell 4. Further, although it is disadvantageous in terms of cost, by providing adjustment valves 40 on the first oxidant gas supply line 32 and the second oxidant gas supply line 34 and adjusting the opening degree of each adjustment valve 40, the first The supply amount of the oxidant gas (first oxidant gas Go1 and second oxidant gas Go2) to the fuel cell 2 and the second fuel cell 4 may be finely adjusted.

このように第１酸化剤ガス供給ライン３２又は第２酸化剤ガス供給ライン３４の少なくとも一方に調整バルブ４０を設置することで、第１燃料電池２及び第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給比率の調整が可能となる。これにより、後段側の第２燃料電池４に対する酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）の供給量を調整するための構成を、効率的なレイアウトで実現できる。 By installing the adjusting valve 40 in at least one of the first oxidant gas supply line 32 and the second oxidant gas supply line 34 in this way, the oxidant gas is supplied to the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4. The ratio can be adjusted. As a result, a configuration for adjusting the supply amount of the oxidant gas (second oxidant gas Go2) to the second fuel cell 4 on the rear stage side can be realized with an efficient layout.

また第２燃料電池４には、前述したように、第２燃料電池４の発電室温度を検出するための第２温度センサ６４が設置される。そして調整バルブ４０は、第２温度センサ６４で検出された第２燃料電池４の温度が、予め設定された基準値になるように調整される。基準値は、第２燃料電池４が適正な運用状態を実現するために必要な温度（例えば８８０〜９３０度）として規定される。例えば、第２温度センサ６４で検出された第２燃料電池４の温度が基準値未満である場合には、調整バルブ４０の開度を減少させることで、第２燃料電池４への酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）の供給量を減少させる。これにより、第２燃料電池４では酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）による冷却能力が抑制される分、温度が上昇することとなる。その結果、後段側の第２燃料電池４の温度が基準値に適正に維持されることから、高効率な燃料電池発電システムが実現される。 Further, as described above, the second fuel cell 4 is provided with the second temperature sensor 64 for detecting the temperature of the power generation chamber of the second fuel cell 4. Then, the adjusting valve 40 is adjusted so that the temperature of the second fuel cell 4 detected by the second temperature sensor 64 becomes a preset reference value. The reference value is defined as the temperature (for example, 880 to 930 degrees) required for the second fuel cell 4 to realize an appropriate operating state. For example, when the temperature of the second fuel cell 4 detected by the second temperature sensor 64 is less than the reference value, the opening degree of the adjusting valve 40 is reduced to reduce the oxidant gas to the second fuel cell 4. The supply amount of (second oxidant gas Go2) is reduced. As a result, the temperature of the second fuel cell 4 rises by the amount that the cooling capacity of the oxidant gas (second oxidant gas Go2) is suppressed. As a result, the temperature of the second fuel cell 4 on the rear stage side is appropriately maintained at the reference value, so that a highly efficient fuel cell power generation system is realized.

尚、第２温度センサ６４の検出値に基づく調整バルブ４０の開度制御は、作業員によってマニュアル的に行われてもよい。本実施形態では、第１燃料電池２及び第２燃料電池４は、圧力容器４４内に収容されているが、調整バルブ４０が圧力容器４４の外部に配置されるようにレイアウトされている。これにより、作業員が調整バルブ４０に容易にアクセスでき、調整バルブ４０の操作がしやすいようになっている。 The opening degree control of the adjusting valve 40 based on the detection value of the second temperature sensor 64 may be manually performed by the operator. In the present embodiment, the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 are housed in the pressure vessel 44, but the adjusting valve 40 is laid out so as to be arranged outside the pressure vessel 44. As a result, the worker can easily access the adjusting valve 40, and the adjusting valve 40 can be easily operated.

また第２温度センサ６４の検出値に基づく調整バルブ４０の開度制御は、例えばコンピュータのような電子演算装置を用いた自動制御として実施されてもよい。この場合、第２温度センサ６４の検出値を電気信号として制御装置に入力し、第２温度センサ６４の検出値に対応する開度に対応する制御信号を調整バルブ４０に出力することにより、調整バルブ４０の自動制御が行われる。 Further, the opening degree control of the adjusting valve 40 based on the detection value of the second temperature sensor 64 may be performed as an automatic control using an electronic arithmetic unit such as a computer. In this case, the detection value of the second temperature sensor 64 is input to the control device as an electric signal, and the control signal corresponding to the opening degree corresponding to the detection value of the second temperature sensor 64 is output to the adjustment valve 40 for adjustment. The valve 40 is automatically controlled.

第１燃料電池２から排出される酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス排出ライン４６を介して燃焼器１４に供給される。燃焼器１４では、第１酸化剤ガス排出ラインから排出される酸化剤ガスと、燃料ガス排出ライン１２から供給される第３燃料ガスＧｆ３とが混合されて燃焼される。 The oxidant gas discharged from the first fuel cell 2 is supplied to the combustor 14 via the first oxidant gas discharge line 46. In the combustor 14, the oxidant gas discharged from the first oxidant gas discharge line and the third fuel gas Gf3 supplied from the fuel gas discharge line 12 are mixed and burned.

第２燃料電池４から排出される酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス排出ライン４８を介して、燃焼器１４より下流側に供給される。つまり、第２酸化剤ガス排出ライン４８は燃焼器１４を迂回するように燃焼器１４とタービン１６との間に接続されることで、第２燃料電池４から排出される酸化剤ガスが燃焼器１４を介さずに、タービン１６に供給されるように構成される。これにより、燃焼器１４を介した場合に生じる圧損増加を回避でき、ターボチャージャ２２における回収動力の低下を抑制できる。 The oxidant gas discharged from the second fuel cell 4 is supplied to the downstream side of the combustor 14 via the second oxidant gas discharge line 48. That is, the second oxidant gas discharge line 48 is connected between the combustor 14 and the turbine 16 so as to bypass the combustor 14, so that the oxidant gas discharged from the second fuel cell 4 is discharged from the combustor. It is configured to be supplied to the turbine 16 without going through the 14. As a result, it is possible to avoid an increase in pressure loss that occurs via the combustor 14, and it is possible to suppress a decrease in recovery power in the turbocharger 22.

尚、第２酸化剤ガス排出ライン４８における許容圧損が十分大きい場合には、第２酸化剤ガス排出ライン４８を、第１酸化剤ガス排出ライン４６と同様に燃焼器１４に接続してもよい。 If the allowable pressure loss in the second oxidant gas discharge line 48 is sufficiently large, the second oxidant gas discharge line 48 may be connected to the combustor 14 in the same manner as the first oxidant gas discharge line 46. ..

＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係る燃料電池発電システム１’の全体構成を示す模式図である。尚、燃料電池発電システム１’のうち前述の実施形態に対応する構成については共通の符号で示しており、重複する説明は適宜省略する。 <Second Embodiment>
FIG. 2 is a schematic view showing the overall configuration of the fuel cell power generation system 1'according to the second embodiment. The configuration of the fuel cell power generation system 1'corresponding to the above-described embodiment is indicated by a common reference numeral, and redundant description will be omitted as appropriate.

第２実施形態では、第１燃料電池２及び第２燃料電池４に対する燃料ガスの供給系統は、前述の第１実施形態と同じであるが、酸化剤ガスの供給系統が異なる。具体的には、コンプレッサ２０から供給される酸化剤ガス（第１酸化剤ガスＧｏ１）は、酸化剤ガス供給ライン１８を介して、まず第１燃料電池２に導かれる（第２実施形態では、酸化剤ガス供給ライン１８は、第１実施形態のように第１酸化剤ガス供給ライン３２及び第２酸化剤が第２酸化剤ガス供給ライン３４に分岐せず、第１燃料電池２のみに接続される）。 In the second embodiment, the fuel gas supply system for the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 is the same as that in the first embodiment described above, but the oxidant gas supply system is different. Specifically, the oxidant gas (first oxidant gas Go1) supplied from the compressor 20 is first guided to the first fuel cell 2 via the oxidant gas supply line 18 (in the second embodiment, The oxidant gas supply line 18 is connected only to the first fuel cell 2 without branching the first oxidant gas supply line 32 and the second oxidant to the second oxidant gas supply line 34 as in the first embodiment. Will be).

第１燃料電池２で供給された酸化剤ガス（第１酸化剤ガスＧｏ１）は、第１燃料電池２において発電に使用された後、第２酸化剤ガスＧｏ２として第１燃料電池２から排出される。第１燃料電池２から排出された酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）は、第１燃料電池２及び第２燃料電池４間に設けられる第３酸化剤ガス供給ライン７０を介して第２燃料電池４に供給される。このように第１燃料電池２で使用された酸化剤ガスは、第３酸化剤ガス供給ライン７０を介して、後段側の第２燃料電池４に送られる。 The oxidant gas (first oxidant gas Go1) supplied by the first fuel cell 2 is used for power generation in the first fuel cell 2, and then discharged from the first fuel cell 2 as the second oxidant gas Go2. To. The oxidant gas (second oxidant gas Go2) discharged from the first fuel cell 2 is second via a third oxidant gas supply line 70 provided between the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4. It is supplied to the fuel cell 4. The oxidant gas used in the first fuel cell 2 is sent to the second fuel cell 4 on the rear stage side via the third oxidant gas supply line 70.

第３酸化剤ガス供給ライン７０には、第２燃料電池４を迂回するように第４酸化剤ガス供給ライン７２が分岐するように設けられる。そして第３酸化剤ガス供給ライン７０又は第４酸化剤ガス供給ライン７２の少なくとも一方には、調整バルブ４０が配置される。図２の例では、第４酸化剤ガス供給ライン７２上に調整バルブ４０が設けられており、調整バルブ４０の開度を調整することにより、第４酸化剤ガス供給ライン７２上の酸化剤ガスの流量を規制することにより、第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給量を調整可能に構成される。 The third oxidant gas supply line 70 is provided so that the fourth oxidant gas supply line 72 branches so as to bypass the second fuel cell 4. A regulating valve 40 is arranged at at least one of the third oxidant gas supply line 70 and the fourth oxidant gas supply line 72. In the example of FIG. 2, the adjusting valve 40 is provided on the fourth oxidant gas supply line 72, and the oxidant gas on the fourth oxidant gas supply line 72 is adjusted by adjusting the opening degree of the adjusting valve 40. By regulating the flow rate of the fuel cell 4, the amount of the oxidant gas supplied to the second fuel cell 4 can be adjusted.

調整バルブ４０の初期開度は、第１燃料電池２に対する酸化剤ガス（第１酸化剤ガスＧｏ１）の供給量に対する第２燃料電池４に対する酸化剤ガス（第２酸化剤ガスＧｏ２）の供給量が所定割合になるように設定されるが、後述するように、この初期開度は、第２温度センサ６４の検出値に応じて可変制御される。 The initial opening degree of the adjusting valve 40 is the supply amount of the oxidant gas (second oxidant gas Go2) to the second fuel cell 4 with respect to the supply amount of the oxidant gas (first oxidant gas Go1) to the first fuel cell 2. Is set to a predetermined ratio, but as will be described later, this initial opening degree is variably controlled according to the detection value of the second temperature sensor 64.

尚、本実施形態のバリエーションとして、第３酸化剤ガス供給ライン７０上に調整バルブ４０を設けることにより、第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給量を直接的に調整してもよい。またコスト面では不利になるが、第３酸化剤ガス供給ライン７０及び第４酸化剤ガス供給ライン７２上にそれぞれ調整バルブ４０を設け、各調整バルブ４０の開度を調整することで、第１燃料電池２及び第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給量をきめ細かく調整するようにしてもよい。 As a variation of the present embodiment, the amount of the oxidant gas supplied to the second fuel cell 4 may be directly adjusted by providing the adjusting valve 40 on the third oxidant gas supply line 70. Further, although it is disadvantageous in terms of cost, the first adjustment valve 40 is provided by providing adjustment valves 40 on the third oxidant gas supply line 70 and the fourth oxidant gas supply line 72, respectively, and adjusting the opening degree of each adjustment valve 40. The supply amount of the oxidant gas to the fuel cell 2 and the second fuel cell 4 may be finely adjusted.

このように第３酸化剤ガス供給ライン７０又は第４酸化剤ガス供給ライン７２の少なくとも一方に調整バルブ４０を設置することで、第１燃料電池２及び第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給比率の調整が可能となる。これにより、後段側の第２燃料電池４に対する酸化剤ガスの供給量を調整するための構成を、効率的なレイアウトで実現できる。 By installing the adjusting valve 40 in at least one of the third oxidant gas supply line 70 and the fourth oxidant gas supply line 72 in this way, the oxidant gas is supplied to the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4. The ratio can be adjusted. As a result, a configuration for adjusting the supply amount of the oxidant gas to the second fuel cell 4 on the rear stage side can be realized with an efficient layout.

また第４酸化剤ガス供給ライン７２の下流側は燃焼器１４に接続されることにより、第４酸化剤ガス供給ライン７２を通過する酸化剤ガスが、燃料ガス排出ライン１２を通過する燃焼ガス（第３燃料ガスＧｆ３）とともに燃焼器１４で燃焼するように構成される。このような構成に代えて、図１に倣って、第４酸化剤ガス供給ライン７２の下流側を燃焼器１４とタービン１６との間に接続することで、燃焼器１４による圧損を低減するように構成してもよい。 Further, by connecting the downstream side of the fourth oxidant gas supply line 72 to the combustor 14, the oxidant gas passing through the fourth oxidant gas supply line 72 passes through the fuel gas discharge line 12 (combustion gas). It is configured to burn in the combustor 14 together with the third fuel gas Gf3). Instead of such a configuration, the pressure loss due to the combustor 14 is reduced by connecting the downstream side of the fourth oxidant gas supply line 72 between the combustor 14 and the turbine 16 according to FIG. It may be configured as.

＜第３実施形態＞
図３は第３実施形態に係る燃料電池発電システム１’’の全体構成を示す模式図である。尚、燃料電池発電システム１’’のうち前述の実施形態に対応する構成については共通の符号で示しており、重複する説明は適宜省略する。 <Third Embodiment>
FIG. 3 is a schematic view showing the overall configuration of the fuel cell power generation system 1 ″ according to the third embodiment. The configuration of the fuel cell power generation system 1'' corresponding to the above-described embodiment is indicated by a common reference numeral, and duplicate description will be omitted as appropriate.

第３実施形態では、第１燃料電池２及び第２燃料電池４に対する燃料ガスの供給系統は、前述の第１実施形態と同じであるが、第１燃料電池２及び第２燃料電池４からの酸化剤ガスの供給系統が異なる。 In the third embodiment, the fuel gas supply system for the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 is the same as that in the first embodiment described above, but from the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4. The supply system of oxidant gas is different.

本実施形態では、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給源３０から酸化剤ガス供給ライン１８を介して、第１燃料電池２の各電池セルに供給される。そして、酸化剤ガス供給ライン１８のうち第１燃料電池２の各電池セルへの分岐の一部を取り出すように第５酸化剤ガス供給ライン８０を第２燃料電池４に向けて取り出すことで、第１燃料電池２に供給される酸化剤ガスの一部が第２燃料電池４に供給されるように構成される。 In the present embodiment, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply source 30 to each battery cell of the first fuel cell 2 via the oxidant gas supply line 18. Then, the fifth oxidant gas supply line 80 is taken out toward the second fuel cell 4 so as to take out a part of the branch of the first fuel cell 2 to each battery cell in the oxidant gas supply line 18. A part of the oxidant gas supplied to the first fuel cell 2 is configured to be supplied to the second fuel cell 4.

第１燃料電池２で使用された酸化剤ガスは、第３酸化剤ガス排出ライン８２を介して燃焼器１４に排出される。第２燃料電池４で使用された酸化剤ガスは、第４酸化剤ガス排出ライン８４を介して排出される。第４酸化剤ガス排出ライン８４は、下流側で第３酸化剤ガス排出ライン８２に合流する。これにより、第１燃料電池２及び第２燃料電池４からそれぞれ排出される酸化剤ガスは、それぞれ燃焼器１４に供給されることで、燃料ガス排出ライン１２から排出された燃料ガス（第３燃料ガスＧｆ３）とともに燃焼される。 The oxidant gas used in the first fuel cell 2 is discharged to the combustor 14 via the third oxidant gas discharge line 82. The oxidant gas used in the second fuel cell 4 is discharged via the fourth oxidant gas discharge line 84. The fourth oxidant gas discharge line 84 joins the third oxidant gas discharge line 82 on the downstream side. As a result, the oxidant gas discharged from the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 is supplied to the combustor 14, respectively, and the fuel gas discharged from the fuel gas discharge line 12 (third fuel). It is burned together with the gas Gf3).

＜第４実施形態＞
図４は第４実施形態に係る燃料電池発電システム１’’’の全体構成を示す模式図である。尚、燃料電池発電システム１’’’のうち前述の実施形態に対応する構成については共通の符号で示しており、重複する説明は適宜省略する。 <Fourth Embodiment>
FIG. 4 is a schematic view showing the overall configuration of the fuel cell power generation system 1 ′ ″ according to the fourth embodiment. Of the fuel cell power generation system 1''', the configuration corresponding to the above-described embodiment is indicated by a common reference numeral, and redundant description will be omitted as appropriate.

燃料電池発電システム１’’’は、前述の各実施形態に対応する第１燃料電池２及び第２燃料電池４を含む燃料電池ユニットを少なくとも一つ備える。図４では、第１燃料電池ユニットＵ１及び第２燃料電池ユニットＵ２を備える燃料電池発電システム１’’’が示されている。
尚、図４では燃料ガスの供給系統が簡略的に示されているが、その構成は上記実施形態と同様である。また図４では酸化剤ガスの供給系統の図示を省略しているが、その構成は上記実施形態と同様であり、各実施形態の組み合わせもまた可能である。 The fuel cell power generation system 1''' includes at least one fuel cell unit including the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 corresponding to each of the above-described embodiments. FIG. 4 shows a fuel cell power generation system 1 ′ ″ including a first fuel cell unit U1 and a second fuel cell unit U2.
Although the fuel gas supply system is simply shown in FIG. 4, the configuration is the same as that of the above embodiment. Further, although the illustration of the oxidant gas supply system is omitted in FIG. 4, the configuration is the same as that of the above embodiment, and the combination of each embodiment is also possible.

燃料電池発電システム１’’’が備える各燃料電池ユニットは、第２燃料電池４が２つの第１燃料電池２の間に配置されるように構成される。第２燃料電池４は、前述したように、第１燃料電池２より後段側に配置され、第１燃料電池２で使用された発熱量が低い燃料ガスを再利用する。そのため、発熱量が低い燃料ガスを取り扱う第２燃料電池４を、第１燃料電池２の間に配置することで、第２燃料電池４における温度低下をより効果的に抑制できる。 Each fuel cell unit included in the fuel cell power generation system 1 ″ is configured such that the second fuel cell 4 is arranged between the two first fuel cells 2. As described above, the second fuel cell 4 is arranged on the rear side of the first fuel cell 2 and reuses the fuel gas having a low calorific value used in the first fuel cell 2. Therefore, by arranging the second fuel cell 4 that handles the fuel gas having a low calorific value between the first fuel cells 2, the temperature drop in the second fuel cell 4 can be suppressed more effectively.

図５は図４の変形例である。この変形例では、各燃料電池ユニットは第１燃料電池２及び第２燃料電池４を一つずつ含んでおり、複数の燃料電池ユニットが所定方向に配列された際に、第１燃料電池２及び第２燃料電池４が交互に配置されることで、発熱量が低い燃料ガスを取り扱う第２燃料電池４を、隣接する各燃料電池ユニットの第１燃料電池２の間に配置している。このように構成しても、図４の場合と同様に、第２燃料電池４における温度低下をより効果的に抑制できる。 FIG. 5 is a modification of FIG. In this modification, each fuel cell unit includes one first fuel cell 2 and one second fuel cell 4, and when a plurality of fuel cell units are arranged in a predetermined direction, the first fuel cell 2 and the second fuel cell 4 are included. By arranging the second fuel cells 4 alternately, the second fuel cell 4 for handling the fuel gas having a low calorific value is arranged between the first fuel cells 2 of each adjacent fuel cell unit. Even with this configuration, the temperature drop in the second fuel cell 4 can be suppressed more effectively, as in the case of FIG.

以上説明したように上述の各実施形態によれば、複数の固体酸化物形燃料電池がカスケード接続された場合において、後段側の固体酸化物形燃料電池の温度を適正に維持することにより、発電性能の低下を抑制し、優れたシステム効率を実現可能な燃料電池発電システムを提供できる。 As described above, according to each of the above-described embodiments, when a plurality of solid oxide fuel cells are cascade-connected, power generation is performed by appropriately maintaining the temperature of the solid oxide fuel cell on the subsequent stage side. It is possible to provide a fuel cell power generation system that can suppress deterioration in performance and realize excellent system efficiency.

本発明の少なくとも一実施形態は、複数の燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムに利用可能である。 At least one embodiment of the present invention can be used in a fuel cell power generation system that generates power using a plurality of fuel cells.

１ 燃料電池発電システム
２ 第１燃料電池
４ 第２燃料電池
６ 燃料ガス供給源
８ 第１燃料ガス供給ライン
１０ 第２燃料ガス供給ライン
１２ 燃料ガス排出ライン
１３ 水分回収器
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ 酸化剤ガス供給ライン
２０ コンプレッサ
２２ ターボチャージャ
２４ 再循環ライン
２５ ブロワ
２６ 第１再生熱交換器
２８ 第２再生熱交換器
３０ 酸化剤ガス供給源
３２ 第１酸化剤ガス供給ライン
３４ 第２酸化剤ガス供給ライン
４０ 調整バルブ
４４ 圧力容器
４６ 第１酸化剤ガス排出ライン
４８ 第２酸化剤ガス排出ライン
５０ 第１電力系統
５２ 第１インバータ
５４ 第１温度センサ
６０ 第２電力系統
６２ 第２インバータ
６４ 第２温度センサ
７０ 第３酸化剤ガス供給ライン
７２ 第４酸化剤ガス供給ライン
８０ 第５酸化剤ガス供給ライン
８２ 第３酸化剤ガス排出ライン
８４ 第４酸化剤ガス排出ライン 1 Fuel cell power generation system 2 1st fuel cell 4 2nd fuel cell 6 Fuel gas supply source 8 1st fuel gas supply line 10 2nd fuel gas supply line 12 Fuel gas discharge line 13 Moisture recovery device 14 Combustor 16 Turbine 18 Oxidizing Agent gas supply line 20 Compressor 22 Turbocharger 24 Recirculation line 25 Blower 26 1st regenerated heat exchanger 28 2nd regenerated heat exchanger 30 Oxidizing agent gas supply source 32 1st oxidizing agent gas supply line 34 2nd oxidizing agent gas supply Line 40 Adjustment valve 44 Pressure vessel 46 1st oxidizer gas discharge line 48 2nd oxidizer gas discharge line 50 1st power system 52 1st inverter 54 1st temperature sensor 60 2nd power system 62 2nd inverter 64 2nd temperature Sensor 70 3rd oxidizer gas supply line 72 4th oxidizer gas supply line 80 5th oxidizer gas supply line 82 3rd oxidizer gas discharge line 84 4th oxidizer gas discharge line

Claims (9)

第１燃料ガス、及び、第１酸化剤ガスを用いて、電力を発生する第１燃料電池と、
前記第１燃料電池から排出される第２燃料ガス、及び、酸化剤ガス供給源又は前記第１燃料電池の少なくとも一方から供給される第２酸化剤ガスを用いて、電力を発生する第２燃料電池と、
電流量が前記第２燃料ガスの量に応じて設定され、前記第２燃料電池で発電した直流電力を交流電力に変換するためのインバータと、
前記第２燃料電池に対する前記第２酸化剤ガスの供給量を調整可能な調整バルブと、
を備え、
前記第２燃料電池の設定電流量、又は、前記調整バルブの開度の少なくとも一方は、前記第２燃料電池の温度が基準値になるように調整される、燃料電池発電システム。 A first fuel cell that generates electric power using the first fuel gas and the first oxidant gas, and
A second fuel that generates electricity by using the second fuel gas discharged from the first fuel cell and the second oxidant gas supplied from the oxidant gas supply source or at least one of the first fuel cells. With batteries
An inverter in which the amount of current is set according to the amount of the second fuel gas and the DC power generated by the second fuel cell is converted into AC power,
An adjustment valve that can adjust the supply amount of the second oxidant gas to the second fuel cell, and
With
A fuel cell power generation system in which at least one of the set current amount of the second fuel cell and the opening degree of the adjusting valve is adjusted so that the temperature of the second fuel cell becomes a reference value. 前記第１酸化剤ガス、及び、前記第２酸化剤ガスは、共通の酸化剤ガス供給源に対して互いに並列に設けられた第１酸化剤ガス供給ライン及び第２酸化剤ガス供給ラインを介して、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池にそれぞれ供給され、
前記調整バルブは、前記第１酸化剤ガス供給ライン又は前記第２酸化剤ガス供給ラインの少なくとも一方に配置される、請求項１に記載の燃料電池発電システム。 The first oxidant gas and the second oxidant gas are passed through a first oxidant gas supply line and a second oxidant gas supply line provided in parallel with each other with respect to a common oxidant gas supply source. Is supplied to the first fuel cell and the second fuel cell, respectively.
The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the adjusting valve is arranged at at least one of the first oxidant gas supply line and the second oxidant gas supply line. 前記第１酸化剤ガスが前記第１燃料電池から排出された後、前記第２酸化剤ガスとして前記第２燃料電池に供給されるように、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池間に設けられる第３酸化剤ガス供給ラインと、
前記第３酸化剤ガス供給ラインから前記第２燃料電池を迂回するように分岐する第４酸化剤ガス供給ラインと、
を備え、
前記調整バルブは、前記第３酸化剤ガス供給ライン又は前記第４酸化剤ガス供給ラインの少なくとも一方に配置される、請求項１に記載の燃料電池発電システム。 Between the first fuel cell and the second fuel cell so that the first oxidant gas is discharged from the first fuel cell and then supplied to the second fuel cell as the second oxidant gas. The third oxidizer gas supply line provided and
A fourth oxidant gas supply line that branches from the third oxidant gas supply line so as to bypass the second fuel cell, and
With
The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the adjusting valve is arranged at at least one of the third oxidant gas supply line and the fourth oxidant gas supply line. 前記第２燃料電池から排出される第３燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の下流側に設けられたタービンと、
前記タービンにより駆動するコンプレッサと、
を備え、
前記第２酸化剤ガスは前記第２燃料電池から排出された後、前記燃焼器を介さずに、前記タービンに供給される、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 A combustor that burns the third fuel gas discharged from the second fuel cell, and
A turbine provided on the downstream side of the combustor and
The compressor driven by the turbine and
With
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the second oxidant gas is discharged from the second fuel cell and then supplied to the turbine without going through the combustor. .. 前記第１酸化剤ガスは前記第１燃料電池から排出された後、前記燃焼器に供給される、請求項４に記載の燃料電池発電システム。 The fuel cell power generation system according to claim 4, wherein the first oxidant gas is discharged from the first fuel cell and then supplied to the combustor. 前記第２燃料電池から排出される第３燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の下流側に設けられた前記タービンと、
前記タービンによる駆動する前記コンプレッサと、
を備え、
前記第１酸化剤ガス及び前記第２酸化剤ガスは、前記第１燃料電池及び前記第２燃料電池からそれぞれ排出された後、前記燃焼器に供給される、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 A combustor that burns the third fuel gas discharged from the second fuel cell, and
With the turbine provided on the downstream side of the combustor,
The compressor driven by the turbine and
With
Any one of claims 1 to 3 in which the first oxidant gas and the second oxidant gas are discharged from the first fuel cell and the second fuel cell, respectively, and then supplied to the combustor. The fuel cell power generation system described in the section. 前記第１燃料電池、前記、第２燃料電池を収容する圧力容器を更に備え、
前記調整バルブは、前記圧力容器の外部に配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 A pressure vessel for accommodating the first fuel cell and the second fuel cell is further provided.
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the adjusting valve is arranged outside the pressure vessel. 前記第２燃料ガスに含まれる水分を回収する水分回収器と、
前記水分回収器で前記水分が回収された前記第２燃料ガスの一部を前記第１燃料電池に再循環する再循環ラインと、
を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 A water recovery device that recovers the water contained in the second fuel gas, and
A recirculation line that recirculates a part of the second fuel gas whose water has been recovered by the water recovery device to the first fuel cell.
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 7. 複数の前記第１燃料電池の間に前記第２燃料電池が配置される燃料電池ユニットを少なくとも一つ備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。 The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 8, further comprising at least one fuel cell unit in which the second fuel cell is arranged between the plurality of first fuel cells.
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