JP3928675B2 - Combined generator of fuel cell and gas turbine - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池とガスタービンの複合発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備では、図２に例示するように天然ガス等の燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器１０と、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料電池１２とを備えており、改質器で作られたアノードガス２は燃料電池に供給され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室に供給される。改質器１０ではアノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）が燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を通る燃料を改質する。改質室を出た燃焼排ガス５は圧力回収装置１５から供給される加圧空気６と合流してカソードガス３となり、燃料電池のカソード側に必要な二酸化炭素を供給する。燃料電池内でその一部が反応したカソードガス（カソード排ガス７）は、ブロア１４により燃料電池の上流側に一部が循環され、残りは圧力回収装置１５で圧力回収され、熱回収装置１８で熱回収されて系外に排出される。なお、この図で８は水蒸気である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、燃料電池のアノード側を出たアノード排ガス４は、従来全量を改質器１０に供給して燃焼させ、その排ガスを燃料電池のカソード側に供給することにより、電池反応に必要な二酸化炭素を燃料電池にリサイクルするようになっていた。
【０００４】
しかし、燃料電池及びガスタービン発電機の運転圧力が上昇するにつれて、リサイクルガス中の二酸化炭素濃度（ＣＯ2 濃度）及びカソードガス中のＣＯ2 濃度が上昇し過ぎる問題点がある。
【０００５】
すなわち、ＣＯ2 ガスは、カソードでの電池反応に必要不可欠であるが、この分圧が高くなり過ぎると（例えば０．５〜０．６ａｔａ以上）、電解質中に電極中のＮｉが溶出し、電池寿命が短くなる問題点がある。そのため、従来のように常圧から数ａｔａ程度の低圧では、アノード排ガスを全量リサイクルしても、ＣＯ2 分圧が低く問題がないが、運転圧力が更に上昇し、例えば１０ａｔａ程度以上になる場合には、カソードガス中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2 量を確保する必要があった。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、燃料電池のアノード側に生じるＣＯ2 ガスをカソード側に必要十分な量だけ循環させることができ、かつカソード側のＣＯ2 分圧を低く抑えることができ、更に、全体の発電効率も高く維持できる燃料電池とガスタービンの複合発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、アノード排ガスを改質器の燃焼室に供給するガスリサイクルラインと、アノード排ガスをカソード排ガスで燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器と、該高温ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機と、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御する制御装置と、カソードガスの圧力とＣＯ ２ 濃度を検出する圧力検出器と濃度検出器とを備え、前記燃焼室での燃焼排ガスが前記燃料電池のカソードに供給されるようになっており、該制御装置により、前記圧力検出器と前記濃度検出器から検出されたカソードガスの圧力とＣＯ ２ 濃度からカソードガス中のＣＯ ２ 分圧を演算し、該ＣＯ ２ 分圧が所定の範囲になるように燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御する、ことを特徴とする燃料電池とガスタービンの複合発電装置が提供される。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、制御装置により、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御してカソードガス中のＣＯ2 分圧を所定の範囲に制御することができる。すなわち、運転圧力が低い場合には、従来と同様に燃焼器にアノード排ガスを供給せず、全量をガスリサイクルラインを介してカソードガスに混入することにより、アノード側で発生したＣＯ2 の全量をカソード側に供給してカソードでの電池反応に供することができる。また、運転圧力が高く、ＣＯ2 分圧が問題になる場合には、アノード排ガスの一部をリサイクルすることなく燃焼器に供給して燃焼させガスタービン発電機を駆動することにより、リサイクルガス中のＣＯ2 を減らし、ＣＯ2 分圧を下げることができる。このＣＯ2 分圧の低下の割合は、燃焼器での燃焼量が増えるほど急激に低下するので、例えば１０％程度を燃焼させることにより、１０ａｔａ以上の運転圧力において、カソードガス中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2 量を確保することができる。
【０００９】
また、カソードガスの圧力とＣＯ２濃度を検出する圧力検出器と濃度検出器を備え、検出されたカソードガスの圧力とＣＯ ２ 濃度からカソードガス中のＣＯ２分圧を演算し、該ＣＯ２分圧が所定の範囲になるように燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御するので、制御装置により、アノードガスのＣＯ２分圧とＣＯ２量を正確に把握し、これらを所望の範囲に制御することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例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て使用する。
図１は本発明による燃料電池とガスタービンの複合発電装置の構成図である。この図において、本発明の複合発電装置は、燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器２０と、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料電池２２と、アノード排ガス４を改質器２０の燃焼室２０ｂに供給するガスリサイクルライン２３と、アノード排ガス４をカソード排ガス７で燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器２４と、発生した高温ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機２５とを備えている。
【００１１】
改質器２０は、内部に改質触媒が充填された改質管２０ａと、改質管２０ａを加熱するための燃焼室２０ｂとからなる。燃焼室２０ｂには、ガスリサイクルライン２３からアノード排ガス４が供給され、ガスタービン発電機１８から供給される加圧空気６によりアノード排ガス４を燃焼させるようになっている。また、燃焼室２０ｂには別に燃料ガス１の供給ラインが設けられており、必要に応じて燃料ガス１を燃焼させることができるようになっている。燃焼室２０ｂで発生した燃焼排ガス５は、ガスタービン発電機２５から供給される加圧空気６に混入され、カソードガス３として燃焼電池１２のカソード側Ｃに供給される。
【００１２】
燃料電池２２は、電解質板ｔ、アノードａ（電極）、カソードｃ（電極）及びセパレータ板ｓとからなる。電解質板ｔは、焼結したセラミック粉末からなる平板であり、その隙間に溶融炭酸塩を高温の溶融状態で保持するようになっている。それぞれ焼結した金属粉末からなる平板状のアノードａ及びカソードｃは、電解質板ｔを間に挟持する。単一の電池（単セル）は、これらのアノードａ、電解質板ｔ及びカソードｃから構成される。複数の導電性セパレータ板ｓは、その上下面にガス流路を有し、その間に単セルを挟持し、アノードａ及びカソードｃに沿ってそれぞれ水素を含むアノードガスと酸素及び炭酸ガスを含むカソードガスを流すようになっている。かかる燃料電池２２を例えば約６５０℃の高温に保持し、アノードａ及びカソードｃに沿ってそれぞれアノードガスとカソードガスを流すことにより、次の反応により電気が発電される。
【００１３】
アノード反応 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2- →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ．．．式１
カソード反応 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ→ＣＯ3 2- ．．．式２
式１、２から明らかなように、アノード反応により二酸化炭素（ＣＯ2 ）が生成され、カソード反応により同量のＣＯ2 が消費される。従って、アノード側で発生したＣＯ2 ガスをカソード側に循環することにより、外部からＣＯ2 を補給することなく、反応を促進することができる。
【００１４】
ガスリサイクルライン２３には、リサイクルブロア２９が設置されており、アノード排ガス４を改質器２０の燃焼室２０ｂに供給するようになっている。これにより、アノード排ガス４の一部を改質器の燃焼室２０ｂで燃焼させ、その排ガスをカソードガスに混入させることにより、アノード側からカソード側にＣＯ2 ガスを循環させることができる。なお、図１に細線で示すように、アノード排ガスの一部をアノードの入口側に供給してもよい。これにより、アノード側のガス流量を増大させることができる。
【００１５】
燃焼器２４には、アノード排ガス４とカソード排ガス７が供給され、アノード排ガス４をカソード排ガス７で燃焼させて高温ガスを発生させるようになっている。また、燃焼器２４にアノード排ガス４を供給するラインには流量調節弁２６が設置され、その流量を調節できるようになっている。更に、燃焼器２４には別に燃料ガス１の供給ラインが設けられており、必要に応じて燃料ガス１を燃焼させることができるようになっている。
【００１６】
ガスタービン発電機２５は、ガスタービンＴ、コンプレッサＣ、及び発電機Ｇからなり、これらが同軸又は減速機を介して連結されており、燃焼器２４で発生した高温ガスでガスタービンＴを駆動し、ガスタービンＴで駆動されたコンプレッサＣで空気を圧縮して改質器２０等に供給し、同時に発電機Ｇを駆動して発電するようになっている。従って、本発明の複合発電装置では、燃料電池２２とガスタービン２５の両方で発電が行われる。
【００１７】
本発明の複合発電装置は、更に、燃焼器２４に供給するアノード排ガス量を制御する制御装置３０とを備えている。また、燃料電池のカソード側入口又は出口（この例では両方）に、カソードガスの圧力とＣＯ２濃度を検出する圧力検出器２７ａ，２７ｂと濃度検出器２８ａ，２８ｂを備えている。制御装置は、圧力検出器２７ａ，２７ｂと濃度検出器２８ａ，２８ｂで検出されたカソードガスの圧力とＣＯ ２ 濃度からカソードガス中のＣＯ２分圧を演算し、このＣＯ２分圧が所定の範囲になるように流量調節弁２６を調節して燃焼器２４に供給するアノード排ガス量を制御する。ＣＯ２分圧の所定の範囲とは、例えば０．６ａｔａ以下であり、Ｎｉ溶出が発生しない或いは許容できるＣＯ２分圧に設定する。この構成により、制御装置により、カソードガスのＣＯ２分圧とＣＯ２量を正確に把握し、Ｎｉ溶出が発生しない或いは許容できるＣＯ２分圧であり、かつカソード反応（式２）で必要となる量より十分に多いＣＯ２量に制御することができる。
【００１８】
上述したように本発明の構成によれば、制御装置３０により、燃焼器２４に供給するアノード排ガス量を制御してカソードガス中のＣＯ2 分圧を所定の範囲に制御することができる。すなわち、運転圧力が低い場合には、従来と同様に燃焼器２４にアノード排ガス４を供給せず、全量をガスリサイクルライン２３を介してカソードガスに混入することにより、アノード側で発生したＣＯ2 の全量をカソード側に供給してカソードでの電池反応に供することができる。
【００１９】
また、運転圧力が高く、ＣＯ2 分圧が問題になる場合には、アノード排ガス４の一部をリサイクルすることなく燃焼器２４に供給して燃焼させガスタービン発電機２５を駆動することにより、リサイクルガス中のＣＯ2 を減らし、ＣＯ2 分圧を下げることができる。このＣＯ2 分圧の低下の割合は、燃焼器での燃焼量が増えるほど急激に低下するので、例えば１０％程度を燃焼させることにより、１０ａｔａ以上の運転圧力において、カソードガス中のＣＯ2 分圧を低く抑えかつ電池反応に必要なＣＯ2 量を確保することができる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の燃料電池とガスタービンの複合発電装置は、燃料電池のアノード側に生じるＣＯ2 ガスをカソード側に必要十分な量だけ循環させることができ、かつカソード側のＣＯ2 分圧を低く抑えることができ、Ｎｉ溶出を抑制し電池の長寿命化を図ることができる。また、アノード排ガスの全量を燃料電池とガスタービンで無駄なく有効に利用しているので、全体の発電効率も高く維持できる。更に、ガスタービンの燃焼器の燃料がアノード排ガスであり、反応で発生した水蒸気も大量に含まれているので、ガスタービン出力を高めると同時にＮＯx の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池とガスタービンの複合発電装置の構成図である。
【図２】溶融炭酸塩型燃料電池を用いた従来の発電設備の全体構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料ガス
２ アノードガス
３ カソードガス
４ アノード排ガス
５ 燃焼排ガス
６ 空気
７ カソード排ガス
８ 蒸気
９ 冷却水
１０ 改質器
１２ 燃料電池
１４ ブロア
１５ 圧力回収装置
１６ タービン
１７ コンプレッサ
１８ 熱回収装置
２０ 改質器
２０ａ 改質管
２０ｂ 燃焼室
２２ 燃料電池
２４ 燃焼器
２５ ガスタービン発電機
２６ 流量調節弁
２７ａ，２７ｂ 圧力検出器
２８ａ，２８ｂ 濃度検出器
２９ リサイクルブロア
３０ 制御装置[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a combined power generation device of a fuel cell and a gas turbine.
[0002]
[Prior art]
Molten carbonate fuel cells have characteristics that are not found in conventional power generators, such as high efficiency and low environmental impact, and are attracting attention as a power generation system following hydropower, thermal power, and nuclear power. Intensive research and development is conducted in each country. In particular, in a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using natural gas as fuel, a reformer 10 for reforming a fuel gas 1 such as natural gas into an anode gas 2 containing hydrogen as illustrated in FIG. A fuel cell 12 that generates electricity from the anode gas 2 and a cathode gas 3 containing oxygen, and the anode gas 2 produced by the reformer is supplied to the fuel cell, and most of it (for example, 80%), the anode exhaust gas 4 is supplied to the combustion chamber of the reformer 10. In the reformer 10, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the anode exhaust gas are combusted in the combustion chamber, and the reforming pipe is heated by the high-temperature combustion gas to reform the fuel passing through the reforming pipe. The flue gas 5 exiting the reforming chamber joins with the pressurized air 6 supplied from the pressure recovery device 15 to become the cathode gas 3, and supplies the required carbon dioxide to the cathode side of the fuel cell. A part of the cathode gas (cathode exhaust gas 7) partially reacted in the fuel cell is circulated to the upstream side of the fuel cell by the blower 14, and the rest is recovered by the pressure recovery device 15 and is recovered by the heat recovery device 18. Heat is recovered and discharged out of the system. In this figure, 8 is water vapor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the anode exhaust gas 4 exiting from the anode side of the fuel cell is required for the cell reaction by supplying the entire amount to the reformer 10 and burning it, and supplying the exhaust gas to the cathode side of the fuel cell. Recycled carbon dioxide into fuel cells.
[0004]
However, as the operating pressure of the fuel cell and the gas turbine generator rises, there is a problem that the carbon dioxide concentration in the recycle gas (CO 2 concentration) and the CO 2 concentration in the cathode gas increase too much.
[0005]
That is, CO 2 gas is indispensable for the cell reaction at the cathode, but when this partial pressure becomes too high (for example, 0.5 to 0.6 at or more), Ni in the electrode elutes in the electrolyte, There is a problem that the battery life is shortened. For this reason, when the anode exhaust gas is fully recycled at a low pressure from normal pressure to several ata as in the conventional case, the CO 2 partial pressure is low and there is no problem, but the operating pressure further increases, for example, about 10 ata or more. Therefore, it was necessary to keep the CO 2 partial pressure in the cathode gas low and to secure the amount of CO 2 necessary for the cell reaction.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems. That is, the object of the present invention is to circulate the CO 2 gas generated on the anode side of the fuel cell by a necessary and sufficient amount on the cathode side, and to keep the CO 2 partial pressure on the cathode side low. An object of the present invention is to provide a fuel cell and gas turbine combined power generation device that can maintain high overall power generation efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a reformer that reforms fuel gas into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell that generates electricity from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and anode exhaust gas is supplied to the combustion chamber of the reformer. A gas recycling line, a combustor that burns anode exhaust gas with cathode exhaust gas to generate high-temperature gas, a gas turbine generator that is driven by the high-temperature gas to compress air and generate electric power, and anode exhaust gas that is supplied to the combustor and a control unit for controlling an amount and a pressure detector and a concentration detector for detecting the pressure and the CO 2 concentration of the cathode gas, so the combustion exhaust gas in the combustion chamber is supplied to the cathode of the fuel cell and which, by the control device, calculates the CO 2 partial pressure in the cathode gas from the pressure and the CO 2 concentration of the detected cathode gas from the concentration detector and the pressure detector , The CO 2 partial pressure is controlled anode exhaust gas quantity supplied to the combustor so as to have a predetermined range, combined cycle power generation system of a fuel cell and a gas turbine is provided, characterized in that.
[0008]
According to the configuration of the present invention, the control device can control the amount of anode exhaust gas supplied to the combustor to control the CO 2 partial pressure in the cathode gas within a predetermined range. That is, when the operating pressure is low, the anode exhaust gas is not supplied to the combustor as in the conventional case, and the entire amount is mixed into the cathode gas through the gas recycle line, thereby reducing the total amount of CO 2 generated on the anode side. It can supply to a cathode side and can use for the cell reaction in a cathode. If the operating pressure is high and CO 2 partial pressure becomes a problem, a part of the anode exhaust gas is supplied to the combustor without being recycled and driven to drive the gas turbine generator. The CO 2 partial pressure can be reduced and the CO 2 partial pressure can be lowered. The rate of decrease in the CO 2 partial pressure decreases rapidly as the amount of combustion in the combustor increases. For example, by burning about 10%, the CO 2 partial pressure in the cathode gas can be increased at an operating pressure of 10 at or more. The pressure can be kept low and the amount of CO 2 required for the battery reaction can be secured.
[0009]
Further, a pressure detector and a concentration detector for detecting the cathode gas pressure and the CO 2 concentration are provided, and the CO 2 partial pressure in the cathode gas is calculated from the detected cathode gas pressure and CO 2 concentration, and the CO 2 since the partial pressure controls the anode exhaust gas quantity supplied to the combustor to a predetermined range, the control device, to accurately grasp the CO 2 partial pressure and the amount of CO 2 of the anode gas, them to the desired range Can be controlled.
[0010]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, common parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is a configuration diagram of a combined power generation apparatus of a fuel cell and a gas turbine according to the present invention. In this figure, the combined power generator of the present invention includes a reformer 20 that reforms a fuel gas 1 into an anode gas 2 containing hydrogen, a fuel cell 22 that generates power from the anode gas 2 and a cathode gas 3 containing oxygen, A gas recycle line 23 for supplying the anode exhaust gas 4 to the combustion chamber 20b of the reformer 20, a combustor 24 for combusting the anode exhaust gas 4 with the cathode exhaust gas 7 to generate a high temperature gas, and the generated high temperature gas. And a gas turbine generator 25 for compressing air and generating electric power.
[0011]
The reformer 20 includes a reforming pipe 20a filled with a reforming catalyst and a combustion chamber 20b for heating the reforming pipe 20a. The combustion chamber 20 b is supplied with the anode exhaust gas 4 from the gas recycle line 23, and combusts the anode exhaust gas 4 with the pressurized air 6 supplied from the gas turbine generator 18. In addition, a separate supply line for the fuel gas 1 is provided in the combustion chamber 20b so that the fuel gas 1 can be combusted as necessary. The combustion exhaust gas 5 generated in the combustion chamber 20 b is mixed in the pressurized air 6 supplied from the gas turbine generator 25 and supplied to the cathode side C of the combustion cell 12 as the cathode gas 3.
[0012]
The fuel cell 22 includes an electrolyte plate t, an anode a (electrode), a cathode c (electrode), and a separator plate s. The electrolyte plate t is a flat plate made of sintered ceramic powder, and holds molten carbonate in a high-temperature molten state in the gaps. The flat plate-like anode a and cathode c each made of sintered metal powder sandwich an electrolyte plate t therebetween. A single battery (single cell) is composed of the anode a, the electrolyte plate t, and the cathode c. The plurality of conductive separator plates s have gas flow paths on the upper and lower surfaces thereof, sandwich a single cell therebetween, and an anode gas containing hydrogen and a cathode containing oxygen and carbon dioxide gas along the anode a and the cathode c, respectively. Gas is allowed to flow. Electricity is generated by the following reaction by holding the fuel cell 22 at a high temperature of, for example, about 650 ° C. and flowing anode gas and cathode gas along the anode a and the cathode c, respectively.
[0013]
Anode reaction H 2 + CO 3 2− → H 2 O + CO 2 + 2e. . . Formula 1
Cathode reaction CO 2 +1/2 O 2 + 2e → CO 3 2− . . . Formula 2
As is apparent from Equations 1 and 2, carbon dioxide (CO 2 ) is generated by the anode reaction, and the same amount of CO 2 is consumed by the cathode reaction. Therefore, by circulating the CO 2 gas generated on the anode side to the cathode side, the reaction can be promoted without supplying CO 2 from the outside.
[0014]
A recycle blower 29 is installed in the gas recycle line 23, and the anode exhaust gas 4 is supplied to the combustion chamber 20 b of the reformer 20. Thereby, a part of the anode exhaust gas 4 is combusted in the combustion chamber 20b of the reformer, and the exhaust gas is mixed into the cathode gas, whereby the CO 2 gas can be circulated from the anode side to the cathode side. In addition, as shown by a thin line in FIG. 1, a part of the anode exhaust gas may be supplied to the inlet side of the anode. Thereby, the gas flow rate on the anode side can be increased.
[0015]
The combustor 24 is supplied with the anode exhaust gas 4 and the cathode exhaust gas 7 and combusts the anode exhaust gas 4 with the cathode exhaust gas 7 to generate a high temperature gas. A flow rate adjusting valve 26 is installed in the line for supplying the anode exhaust gas 4 to the combustor 24 so that the flow rate can be adjusted. Furthermore, a separate supply line for the fuel gas 1 is provided in the combustor 24 so that the fuel gas 1 can be combusted as necessary.
[0016]
The gas turbine generator 25 includes a gas turbine T, a compressor C, and a generator G, which are connected via a coaxial or reduction gear, and drive the gas turbine T with high-temperature gas generated in the combustor 24. The air is compressed by the compressor C driven by the gas turbine T and supplied to the reformer 20 and the like, and at the same time, the generator G is driven to generate electric power. Therefore, in the combined power generation device of the present invention, power generation is performed by both the fuel cell 22 and the gas turbine 25.
[0017]
The combined power generator of the present invention further includes a control device 30 that controls the amount of anode exhaust gas supplied to the combustor 24. Further, pressure detectors 27a and 27b and concentration detectors 28a and 28b for detecting the pressure of the cathode gas and the CO 2 concentration are provided at the cathode side inlet or outlet (both in this example) of the fuel cell. Controller, a pressure detector 27a, 27b and concentration detectors 28a, calculates the CO 2 partial pressure in the cathode gas from the pressure and the CO 2 concentration of the cathode gas detected by 28b, the CO 2 partial pressure is given The amount of anode exhaust gas supplied to the combustor 24 is controlled by adjusting the flow rate control valve 26 so as to be in the range. The predetermined range of the CO 2 partial pressure is, for example, 0.6ata or less, and is set to a CO 2 partial pressure at which Ni elution does not occur or is allowable. With this configuration, the CO 2 partial pressure and CO 2 amount of the cathode gas are accurately grasped by the control device, Ni elution does not occur or is an allowable CO 2 partial pressure, and is required for the cathode reaction (Formula 2). it can be controlled to a sufficiently large amount of CO 2 than the amount made.
[0018]
As described above, according to the configuration of the present invention, the control device 30 can control the amount of anode exhaust gas supplied to the combustor 24 to control the partial pressure of CO 2 in the cathode gas within a predetermined range. That is, when the operating pressure is low, the anode exhaust gas 4 is not supplied to the combustor 24 as in the prior art, and the entire amount is mixed into the cathode gas via the gas recycle line 23, whereby the CO 2 generated on the anode side. Can be supplied to the cathode side for cell reaction at the cathode.
[0019]
Further, when the operating pressure is high and the CO 2 partial pressure becomes a problem, a part of the anode exhaust gas 4 is supplied to the combustor 24 without being recycled and driven to drive the gas turbine generator 25. It is possible to reduce CO 2 in the recycle gas and lower the CO 2 partial pressure. The rate of decrease in the CO 2 partial pressure rapidly decreases as the amount of combustion in the combustor increases. For example, by burning about 10%, the CO 2 partial pressure in the cathode gas is increased at an operating pressure of 10 at or more. The pressure can be kept low and the amount of CO 2 required for the battery reaction can be secured.
[0020]
Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, the combined power generation device of the fuel cell and gas turbine of the present invention can circulate the CO 2 gas generated on the anode side of the fuel cell by a necessary and sufficient amount on the cathode side, and CO 2 on the cathode side. The partial pressure can be kept low, the elution of Ni can be suppressed, and the battery life can be extended. Moreover, since the entire amount of the anode exhaust gas is effectively used without waste by the fuel cell and the gas turbine, the overall power generation efficiency can be maintained high. Furthermore, a combustor fuel anode exhaust gas of the gas turbine, because it contains a large amount even vapor generated in the reaction, it is possible to suppress the occurrence of simultaneous NO x Increasing the gas turbine output.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a combined power generation device of a fuel cell and a gas turbine according to the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a conventional power generation facility using a molten carbonate fuel cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas 2 Anode gas 3 Cathode gas 4 Anode exhaust gas 5 Combustion exhaust gas 6 Air 7 Cathode exhaust gas 8 Steam 9 Cooling water 10 Reformer 12 Fuel cell 14 Blower 15 Pressure recovery device 16 Turbine 17 Compressor 18 Heat recovery device 20 Reformer 20a reforming pipe 20b combustion chamber 22 fuel cell 24 combustor 25 gas turbine generator 26 flow control valves 27a, 27b pressure detectors 28a, 28b concentration detector 29 recycle blower 30 control device

Claims (1)

燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、アノード排ガスを改質器の燃焼室に供給するガスリサイクルラインと、アノード排ガスをカソード排ガスで燃焼させて高温ガスを発生させる燃焼器と、該高温ガスで駆動され空気を圧縮しかつ発電するガスタービン発電機と、燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御する制御装置と、カソードガスの圧力とＣＯ ２ 濃度を検出する圧力検出器と濃度検出器とを備え、前記燃焼室での燃焼排ガスが前記燃料電池のカソードに供給されるようになっており、
該制御装置により、前記圧力検出器と前記濃度検出器から検出されたカソードガスの圧力とＣＯ ２ 濃度からカソードガス中のＣＯ ２ 分圧を演算し、該ＣＯ ２ 分圧が所定の範囲になるように燃焼器に供給するアノード排ガス量を制御する、ことを特徴とする燃料電池とガスタービンの複合発電装置。A reformer that reforms the fuel gas into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell that generates electricity from the cathode gas containing the anode gas and oxygen, a gas recycle line that supplies anode exhaust gas to the combustion chamber of the reformer, A combustor that burns anode exhaust gas with cathode exhaust gas to generate high-temperature gas, a gas turbine generator that is driven by the high-temperature gas to compress air and generate electric power, and a control device that controls the amount of anode exhaust gas supplied to the combustor And a pressure detector and a concentration detector for detecting the pressure of the cathode gas and the CO 2 concentration, and the combustion exhaust gas in the combustion chamber is supplied to the cathode of the fuel cell,
The controller calculates the CO 2 partial pressure in the cathode gas from the cathode gas pressure and CO 2 concentration detected from the pressure detector and the concentration detector , and the CO 2 partial pressure falls within a predetermined range. The combined amount of anode exhaust gas supplied to the combustor is controlled so that the combined power generation device of a fuel cell and a gas turbine.
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