JP5968234B2 - Power generation system - Google Patents

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Description

本発明は、発電システムに係り、少なくとも燃料電池による発電とガスタービンによる発電とを組み合わせた発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system, and more particularly to a power generation system that combines power generation by a fuel cell and power generation by a gas turbine.

燃料電池は、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換して発電を行うものであって、低公害で発電効率が高いため、近年、各種分野での利用が期待されている。
この燃料電池は、一般的に、水素や一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、天然ガス、石炭ガス化ガス等を含む燃料ガスを触媒作用により改質する燃料極と、空気等に含まれる酸化性ガス（酸化剤ガス）から酸素イオンを生成する空気極と、この空気極で生成された酸素イオンを燃料極に移動させる固体電解質とを有する。燃料極と固体電解質との界面付近では、燃料極で改質された燃料ガスと固定電解質からの酸素イオンとが電気化学反応して発電が行われる。 A fuel cell is a device that generates electricity by directly converting chemical energy of fuel into electric energy, and is expected to be used in various fields in recent years because of low pollution and high power generation efficiency.
This fuel cell is generally included in a fuel electrode that reforms a fuel gas including hydrocarbon gas such as hydrogen, carbon monoxide, and methane, natural gas, coal gasification gas, etc. by catalytic action, and air. And an air electrode that generates oxygen ions from an oxidizing gas (oxidant gas), and a solid electrolyte that moves the oxygen ions generated at the air electrode to the fuel electrode. In the vicinity of the interface between the fuel electrode and the solid electrolyte, the fuel gas reformed at the fuel electrode and the oxygen ions from the fixed electrolyte undergo an electrochemical reaction to generate power.

また、燃料電池は単独で運転される場合であっても高効率な運転が可能であるが、燃料電池の運転により発生する排出燃料を利用してガスタービンを運転することにより、より高効率な運転を行うことができる。   In addition, even if the fuel cell is operated alone, it can be operated with high efficiency. However, by operating the gas turbine using the exhaust fuel generated by the operation of the fuel cell, the fuel cell can be operated with higher efficiency. You can drive.

このような燃料電池とガスタービンとを組み合わせた発電システム（燃料電池ガスタービン複合システム）の一例として、例えば、以下の特許文献１に開示されているものがある。   As an example of a power generation system (fuel cell gas turbine combined system) combining such a fuel cell and a gas turbine, for example, there is one disclosed in Patent Document 1 below.

特許文献１に記載の燃料電池ガスタービン複合システムは、燃料電池の耐圧容器内に燃料電池の発電モジュールに、ガスタービンのコンプレッサ部において圧縮された高圧の空気（酸化性ガスを含む作動流体）をコンプレッサ部の出口から供給する第１供給配管と、燃料供給部から電池用燃料を供給する第２供給配管と、が接続されている。更に、燃料電池からの排出空気、即ち、発電モジュールにおける発電に用いられた後の空気を、ガスタービンの燃焼器に供給する第１排出配管と、燃料電池からの排出燃料、即ち、発電モジュールにおける発電に用いられた後の電池用燃料の排燃料ガス、及び、発電に用いられなかった電池用燃料の残分である未燃燃料を、ガスタービンの燃焼器に供給する第２排出配管と、が設けられている。   In the fuel cell gas turbine combined system described in Patent Document 1, high-pressure air (a working fluid containing an oxidizing gas) compressed in a compressor section of a gas turbine is supplied to a power generation module of a fuel cell in a pressure vessel of the fuel cell. The 1st supply piping supplied from the exit of a compressor part and the 2nd supply piping which supplies the fuel for cells from a fuel supply part are connected. Furthermore, the first exhaust pipe for supplying the exhaust air from the fuel cell, that is, the air after being used for power generation in the power generation module, to the combustor of the gas turbine, and the exhaust fuel from the fuel cell, that is, in the power generation module A second exhaust pipe that supplies exhaust gas of the fuel for the battery after being used for power generation and unburned fuel that is the remainder of the fuel for the battery that was not used for power generation to the combustor of the gas turbine; Is provided.

特開２０１０−１４６９３４号公報JP 2010-146934 A

上記特許文献１に記載の燃料電池ガスタービン複合システムでは、ガスタービンのコンプレッサ部（圧縮機）および燃焼器と燃料電池の発電室とが空気及び燃料の供給配管および排出配管によってそれぞれ接続された系統となっている。したがって、ガスタービン側のコンプレッサ部出口や燃焼器出口における高い運転圧力（例えば、約２．５ＭＰａ）に合わせて、燃料電池側も高い運転圧力（例えば、約３ＭＰａ）に設定しておく必要があった。これにより、従来の燃料電池ガスタービン複合システムにおいては、耐圧容器、配管、弁及びブロワ等の周辺機器においても高い耐圧性能（例えば、約２．５ＭＰａ）を満足するように設計しなければならず、設計の自由度が低いという問題があった。   In the fuel cell gas turbine combined system described in Patent Document 1, a system in which a compressor section (compressor) and a combustor of a gas turbine and a power generation chamber of a fuel cell are connected by air and fuel supply piping and discharge piping, respectively. It has become. Therefore, it is necessary to set the fuel cell side to a high operating pressure (for example, about 3 MPa) in accordance with the high operating pressure (for example, about 2.5 MPa) at the compressor section outlet and the combustor outlet on the gas turbine side. It was. Thus, in the conventional fuel cell gas turbine combined system, peripheral devices such as pressure vessels, piping, valves and blowers must be designed to satisfy high pressure resistance (for example, about 2.5 MPa). There was a problem that the degree of freedom of design was low.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、設計の自由度を向上させることができる発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a power generation system capable of improving the degree of freedom in design.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の発電システムは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮部と、該圧縮部で生成された前記圧縮空気と燃料とから燃焼ガスを生成する燃焼部と、該燃焼部で生成された前記燃焼ガスで回転駆動するタービン部と、を有するガスタービンシステムと、前記圧縮部の昇圧過程における第一中間段で抽気された中間圧縮空気と電池用燃料とにより発電を行う燃料電池システムと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The power generation system of the present invention includes a compression unit that compresses air to generate compressed air, a combustion unit that generates combustion gas from the compressed air and fuel generated by the compression unit, and a combustion unit that generates the compressed gas. A gas turbine system having a turbine section that is rotationally driven by the combustion gas, and a fuel cell system that generates power by using the intermediate compressed air extracted in the first intermediate stage and the fuel for the battery in the pressurizing process of the compression section, It is characterized by providing.

当該発電システムでは、圧縮部の昇圧過程における第一中間段で抽気された中間圧縮空気と電池用燃料とにより発電を行う燃料電池システムを備えている。このため、燃料電池システム側に供給される圧縮空気の圧力を低くすることができる。これにより、燃料電池システム側の運転圧力を低く抑えることができるので、耐圧容器、配管、弁及びブロワ等の周辺機器に要求される耐圧性能を低くすることができる。   The power generation system includes a fuel cell system that generates power using the intermediate compressed air extracted in the first intermediate stage in the pressurization process of the compression unit and the fuel for the battery. For this reason, the pressure of the compressed air supplied to the fuel cell system side can be lowered. Thereby, since the operating pressure on the fuel cell system side can be kept low, the pressure resistance performance required for peripheral devices such as a pressure vessel, piping, valves and blowers can be lowered.

ここで、前記発電システムにおいて、前記燃料電池システムから排出される排出燃料を前記燃焼部に供給するとともに、前記燃料電池システムから排出される排出空気を前記圧縮部の昇圧過程における前記第一中間段よりも後段側の第二中間段に供給してもよい。
また、前記燃料電池ガスタービン複合システムにおいて、前記排空気が後段側の第二中間段に供給される前段に排熱を回収する装置を設けてもよい。 Here, in the power generation system, the exhaust fuel discharged from the fuel cell system is supplied to the combustion unit, and the exhaust air discharged from the fuel cell system is supplied to the first intermediate stage in the pressurizing process of the compression unit. It may be supplied to the second intermediate stage on the rear stage side.
Further, in the fuel cell gas turbine combined system, an apparatus for recovering exhaust heat may be provided in a front stage where the exhaust air is supplied to a second intermediate stage on the rear stage side.

これにより、従来は捨てられていた燃料電池システムからの排出燃料のカロリーを、ガスタービンシステムの燃焼部での燃焼に有効利用することができる。また、従来は捨てられていた燃料電池システムからの排出空気の酸素を、前記燃焼部での燃焼に有効利用することができる。よって、発電システム全体での効率を向上させることができる。   Thereby, the calorie of the fuel discharged from the fuel cell system that has been conventionally discarded can be effectively used for combustion in the combustion section of the gas turbine system. In addition, oxygen in the exhaust air from the fuel cell system that has been conventionally discarded can be effectively used for combustion in the combustion section. Therefore, the efficiency of the entire power generation system can be improved.

また、前記発電システムにおいて、前記排出空気を、前記圧縮部の昇圧過程における第二中間段に供給してもよい。
また、前記発電システムにおいて、前記燃焼部は、前記圧縮部の出口と前記タービン部の入口との間に設けられた高圧燃焼器と、該高圧燃焼器よりも低圧側に設けられた低圧燃焼器とを有し、前記排出空気を前記低圧燃焼器に供給してもよい。 In the power generation system, the exhaust air may be supplied to a second intermediate stage in the pressure increasing process of the compression unit.
In the power generation system, the combustion unit includes a high-pressure combustor provided between an outlet of the compression unit and an inlet of the turbine unit, and a low-pressure combustor provided on a lower pressure side than the high-pressure combustor. The exhaust air may be supplied to the low-pressure combustor.

これらにより、従来は捨てられていた燃料電池システムからの排出空気の圧力エネルギーを、ガスタービンシステムの回転駆動のために更に有効利用することができるので発電システム全体での効率を向上させることができる。   As a result, the pressure energy of the exhaust air from the fuel cell system, which has been discarded in the past, can be used more effectively for the rotational drive of the gas turbine system, so that the efficiency of the entire power generation system can be improved. .

また、前記発電システムにおいて、前記燃焼部は、前記圧縮部の出口と前記タービン部の入口との間に設けられた高圧燃焼器と、該高圧燃焼器よりも低圧側に設けられた低圧燃焼器とを有し、前記燃料電池システムから排出される排出燃料を前記低圧燃焼器に供給してもよい。
また、前記発電システムにおいて、前記タービン部は高圧タービンと低圧タービンとを有し、前記低圧燃焼器は、該高圧タービンと該低圧タービンとの間に設けられてもよい。
また、前記発電システムにおいて、前記低圧燃焼器は、前記タービン部よりも下流側に設けられてもよい。 In the power generation system, the combustion unit includes a high-pressure combustor provided between an outlet of the compression unit and an inlet of the turbine unit, and a low-pressure combustor provided on a lower pressure side than the high-pressure combustor. The fuel discharged from the fuel cell system may be supplied to the low-pressure combustor.
In the power generation system, the turbine unit may include a high pressure turbine and a low pressure turbine, and the low pressure combustor may be provided between the high pressure turbine and the low pressure turbine.
In the power generation system, the low-pressure combustor may be provided on the downstream side of the turbine unit.

これらにより、燃料電池システムからの排出燃料をガスタービンシステムの燃焼部に供給する系統内に昇圧用として追加しなければならなかったブロワの動力を従来よりも小さくしたり、圧力損失次第ではブロワを省略したりすることができる。よって、設備コストを低減させることができる。
また、本発明の発電システムは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮部と、該圧縮部で生成された前記圧縮空気と燃料とから燃焼ガスを生成する燃焼部と、該燃焼部で生成された前記燃焼ガスで回転駆動するタービン部と、を有するガスタービンシステムと、前記圧縮部の昇圧過程における第一中間段で抽気された中間圧縮空気と電池用燃料とにより発電を行う燃料電池システムと、を備え、前記燃焼部は、前記圧縮部の出口と前記タービン部の入口との間に設けられた高圧燃焼器と、該高圧燃焼器よりも低圧側に設けられた低圧燃焼器とを有し、前記燃料電池システムから排出される排出空気を前記低圧燃焼器に供給することを特徴とする。
当該発電システムでは、前記燃料電池システムから排出される排出燃料を前記低圧燃焼器に供給してもよい。
当該発電システムでは、前記タービン部は、高圧タービンと低圧タービンとを有し、前記低圧燃焼器は、該高圧タービンと該低圧タービンとの間に設けられていてもよい。
当該発電システムでは、前記タービン部は、高圧タービンと低圧タービンとを有し、前記低圧燃焼器は、該高圧タービンと該低圧タービンとの間に設けられていてもよい。 As a result, the power of the blower, which had to be added for boosting in the system that supplies the fuel discharged from the fuel cell system to the combustion section of the gas turbine system, can be made smaller than before, or depending on the pressure loss, It can be omitted. Therefore, equipment cost can be reduced.
The power generation system of the present invention includes a compression unit that compresses air to generate compressed air, a combustion unit that generates combustion gas from the compressed air and fuel generated by the compression unit, and the combustion unit. A gas turbine system having a turbine section that is rotationally driven by the generated combustion gas, and a fuel cell that generates electric power using the intermediate compressed air extracted in the first intermediate stage in the pressurizing process of the compression section and the fuel for the battery A high pressure combustor provided between an outlet of the compression unit and an inlet of the turbine unit, and a low pressure combustor provided on a lower pressure side than the high pressure combustor. The exhaust air discharged from the fuel cell system is supplied to the low-pressure combustor.
In the power generation system, the fuel discharged from the fuel cell system may be supplied to the low-pressure combustor.
In the power generation system, the turbine section may include a high pressure turbine and a low pressure turbine, and the low pressure combustor may be provided between the high pressure turbine and the low pressure turbine.
In the power generation system, the turbine section may include a high pressure turbine and a low pressure turbine, and the low pressure combustor may be provided between the high pressure turbine and the low pressure turbine.

また、前記発電システムにおいて、前記電池用燃料を前記燃料電池システムに供給する電池用燃料供給部と前記燃料電池システムとを接続する電池用燃料供給配管と、前記燃料電池システムと前記燃焼部とを接続する排出燃料排出配管と、を接続する再循環配管を設けてもよい。   In the power generation system, a battery fuel supply section that supplies the fuel for the battery to the fuel cell system, a battery fuel supply pipe that connects the fuel cell system, the fuel cell system, and the combustion section You may provide the recirculation piping which connects the exhaust fuel discharge piping connected.

これにより、燃料電池システムでの発電により生じた水蒸気を捨てることなく、電池用燃料の改質に必要な水蒸気として再利用することができる。また、発電に用いられなかった電池用燃料の未燃分を再循環させることで何度も発電用として再利用することによって、燃料電池システムでの発電に用いられる電池用燃料の発電効率を向上させることができる。   Thereby, the water vapor generated by the power generation in the fuel cell system can be reused as the water vapor necessary for reforming the fuel for the battery without being discarded. In addition, by recirculating the unburned portion of the battery fuel that was not used for power generation and reusing it as power generation many times, the power generation efficiency of the battery fuel used for power generation in the fuel cell system is improved. Can be made.

また、前記ガスタービンシステムは、前記圧縮部と前記燃焼部と前記タービン部とを有するガスタービンと、該ガスタービンの排気ガスにより蒸気を生成する廃熱回収ボイラと、該廃熱回収ボイラで生成された前記蒸気で回転駆動する蒸気タービンと、を組み合わせたガスタービン蒸気タービン複合システムとしてもよい。
これにより、発電システム全体での発電効率を更に向上させることができる。 The gas turbine system includes a gas turbine having the compression unit, the combustion unit, and the turbine unit, a waste heat recovery boiler that generates steam from exhaust gas of the gas turbine, and a waste heat recovery boiler that generates the gas turbine system. It is good also as a gas turbine steam turbine compound system which combined the steam turbine which carries out rotation drive with the above-mentioned steam.
Thereby, the electric power generation efficiency in the whole electric power generation system can further be improved.

本発明によれば、圧縮部の昇圧過程における第一中間段で抽気された中間圧縮空気を燃料電池システムに供給し、燃料電池システムからの排出空気をガスタービンシステムの低圧部に供給するように構成したので、燃料電池システムをガスタービンシステムと同等の圧力とする必要がなく、燃料電池システムの運転圧力を緩和することで信頼性の高い燃料電池ガスタービン複合システムを提供することができる。これによって、燃料電池システムおよびガスタービンシステム双方の設計の自由度を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the intermediate compressed air extracted in the first intermediate stage in the pressurizing process of the compression section is supplied to the fuel cell system, and the exhaust air from the fuel cell system is supplied to the low pressure section of the gas turbine system. Since it comprised, it is not necessary to make a fuel cell system into the pressure equivalent to a gas turbine system, and a reliable fuel cell gas turbine combined system can be provided by relieving the operating pressure of a fuel cell system. Thereby, it becomes possible to improve the freedom degree of design of both a fuel cell system and a gas turbine system.

本発明に係る第一実施形態における発電システムの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a power generation system in a first embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第二実施形態における発電システムの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the electric power generation system in 2nd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第二実施形態の変形例における発電システムの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the electric power generation system in the modification of 2nd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第三実施形態における発電システムの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the electric power generation system in 3rd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第四実施形態における発電システムの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the electric power generation system in 4th embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第四実施形態の変形例における発電システムの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the electric power generation system in the modification of 4th embodiment which concerns on this invention.

以下、本発明に係る発電システム（燃料電池ガスタービン複合システム）の各実施形態及び各変形例について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, each embodiment and each modification of a power generation system (fuel cell gas turbine combined system) according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

「第一実施形態」
まず、本発明に係る燃料電池ガスタービン複合システムの第一実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池ガスタービン複合システム１の概略構成を示す模式図である。 "First embodiment"
First, a first embodiment of a fuel cell gas turbine combined system according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a combined fuel cell gas turbine system 1 according to the present embodiment.

本実施形態の燃料電池ガスタービン複合システム１は、図１に示すように、ガスタービンシステム１０による発電と、燃料電池システム２０による発電とを主に組み合わせて、高い発電効率を得るように構成したものである。以下においては、燃料電池システム２０の燃料電池として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｃｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を一例に挙げて説明するが、これに限らず作動温度が高い燃料電池として溶融炭酸塩形燃料電池が知られており、ＳＯＦＣと同様にガスタービンとの連携が可能である。   As shown in FIG. 1, the fuel cell gas turbine combined system 1 of the present embodiment is configured to obtain high power generation efficiency by mainly combining power generation by the gas turbine system 10 and power generation by the fuel cell system 20. Is. In the following, a solid oxide fuel cell (SOFC) will be described as an example of the fuel cell of the fuel cell system 20, but the present invention is not limited to this, and a molten carbonate is used as a fuel cell having a high operating temperature. A fuel cell is known and can be linked to a gas turbine in the same manner as SOFC.

ガスタービンシステム１０による発電は、ガスタービンシステム１０の出力を駆動源として、回転軸１６を介して同軸に連結された発電機（不図示）を回転駆動することによってなされる。ガスタービンシステム１０は、酸化性ガスを含む作動流体である空気（外気）Ａｇを吸入及び圧縮して圧縮空気Ａｃを生成する圧縮部（圧縮機）１１と、圧縮部１１で生成された圧縮空気Ａｃと別途供給される燃料Ｆｇとを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する燃焼部（燃焼器）１４と、燃焼部１４で生成された燃焼ガスＧを膨張させることで回転駆動するタービン部（タービン）１５とを備えている。また、少なくとも圧縮部１１とタービン部１５とは回転軸１６によって同軸に連結されている。また、本実施形態における圧縮部１１は、低圧圧縮機１２と高圧圧縮機１３の２つの圧縮機を有している。なお、ガスタービンシステム１０の燃料Ｆｇとしては、例えば、天然ガスなど後述する燃料電池システム２０の電池用燃料Ｆｃと同じものを使用することもできる。   Power generation by the gas turbine system 10 is performed by rotationally driving a generator (not shown) that is coaxially connected via the rotary shaft 16 using the output of the gas turbine system 10 as a drive source. The gas turbine system 10 includes a compressor (compressor) 11 that sucks and compresses air (outside air) Ag, which is a working fluid containing an oxidizing gas, to generate compressed air Ac, and compressed air generated by the compressor 11. A combustion section (combustor) 14 that generates combustion gas G by burning Ac and separately supplied fuel Fg, and a turbine section that rotates by expanding the combustion gas G generated by the combustion section 14 (turbine) 15). In addition, at least the compression unit 11 and the turbine unit 15 are coaxially connected by a rotating shaft 16. Further, the compression unit 11 in this embodiment has two compressors, a low-pressure compressor 12 and a high-pressure compressor 13. In addition, as the fuel Fg of the gas turbine system 10, for example, the same fuel as the battery fuel Fc of the fuel cell system 20 described later, such as natural gas, can be used.

燃料電池システム２０による発電は、例えば発電モジュールの発電部において７００〜１０００℃程度の作動温度であり、電池用燃料Ｆｃと空気に含まれる酸化性ガスが電解質を介して電気化学的に反応することによってなされる。燃料電池システム２０は、耐圧容器２１と、この耐圧容器２１内に配置されている発電モジュール２２とを備えている。発電モジュール２２は、その内部に発電を行うセルスタックが複数集積されているカートリッジ（不図示）が複数収納されたものである。なお、発電モジュール２２はその内部と外部との間、換言すれば、発電モジュール２２の内部空間と該発電モジュール２２及び耐圧容器２１間の空間との間を気密に仕切るものではなく、両空間の間を所定の流量で作動流体が流通可能とするものである。また、発電モジュール２２やその発電部の構成としては公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。   The power generation by the fuel cell system 20 is, for example, an operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in the power generation unit of the power generation module, and the battery fuel Fc and the oxidizing gas contained in the air react electrochemically through the electrolyte. Made by. The fuel cell system 20 includes a pressure vessel 21 and a power generation module 22 disposed in the pressure vessel 21. The power generation module 22 contains a plurality of cartridges (not shown) in which a plurality of cell stacks for generating power are integrated. The power generation module 22 is not an airtight partition between the inside and the outside, in other words, the internal space of the power generation module 22 and the space between the power generation module 22 and the pressure vessel 21. The working fluid can flow between them at a predetermined flow rate. Moreover, a well-known structure can be used as a structure of the electric power generation module 22 or its electric power generation part, It does not specifically limit.

さらに、発電モジュール２２には、ガスタービンシステム１０の圧縮部１１の昇圧過程における第一の中間圧となる低圧圧縮機１２で圧縮された中間圧縮空気Ａｉ（酸化性ガスを含む作動流体）の一部または全部を、低圧圧縮機１２の最終段の出口（第一中間段）から抽気して供給する第一供給配管（中間圧縮空気供給配管）４０が接続されている。
また、電池用燃料供給部３０から電池用燃料Ｆｃを燃料電池システム２０の発電モジュール２２内へ供給する第二供給配管（電池用燃料供給配管）４１が接続されている。 Further, the power generation module 22 includes a portion of intermediate compressed air Ai (a working fluid containing an oxidizing gas) compressed by the low-pressure compressor 12 serving as a first intermediate pressure in the pressure increasing process of the compressor 11 of the gas turbine system 10. A first supply pipe (intermediate compressed air supply pipe) 40 for extracting and supplying a part or the whole from the outlet (first intermediate stage) of the final stage of the low-pressure compressor 12 is connected.
Further, a second supply pipe (battery fuel supply pipe) 41 that supplies the battery fuel Fc from the battery fuel supply unit 30 into the power generation module 22 of the fuel cell system 20 is connected.

さらに、中間圧縮空気Ａｉが発電モジュール２２における発電に用いられた後、発電モジュール２２から排出される排出空気Ａｏを、ガスタービンシステム１０の圧縮部１１の昇圧過程における第二の中間圧となる高圧圧縮機１３の入口（第二中間段）に供給する第一排出配管（排出空気排出配管）４２が接続されている。
また、燃料電池システム２０での発電に用いられた電池用燃料Ｆｃの排燃料ガス、及び、発電に用いられなかった電池用燃料Ｆｃの未燃燃料（以下、これらを総じて「排出燃料Ｆｏ」と表記する。）を、ガスタービンシステム１０の燃焼部１４に供給する第二排出配管（排出燃料排出配管）４３が接続されている。 Further, after the intermediate compressed air Ai is used for power generation in the power generation module 22, the exhaust air Ao discharged from the power generation module 22 is used as a second intermediate pressure in the pressure increasing process of the compression unit 11 of the gas turbine system 10. A first exhaust pipe (exhaust air exhaust pipe) 42 that is supplied to the inlet (second intermediate stage) of the compressor 13 is connected.
Further, the exhaust fuel gas of the battery fuel Fc used for power generation in the fuel cell system 20 and the unburned fuel of the battery fuel Fc not used for power generation (hereinafter, these are collectively referred to as “exhaust fuel Fo”. 2) is connected to a combustion section 14 of the gas turbine system 10.

第一供給配管４０の一方の端部は低圧圧縮機１２の出口（第一中間段）に接続され、他方の端部は発電モジュール２２に接続されている。さらに、第一供給配管４０には、低圧圧縮機１２から発電モジュール２２に向かって順に、分岐配管４６との接続部、第一供給側調整弁５０、第一供給側ブロワ５１が耐圧容器２１の外部に設けられている。   One end of the first supply pipe 40 is connected to the outlet (first intermediate stage) of the low-pressure compressor 12, and the other end is connected to the power generation module 22. Further, in the first supply pipe 40, a connection portion with the branch pipe 46, a first supply side adjustment valve 50, and a first supply side blower 51 are provided in the pressure vessel 21 in order from the low pressure compressor 12 to the power generation module 22. It is provided outside.

第一供給側調整弁５０は、後述する第一排出側調整弁５３とともに、ガスタービンシステム１０と燃料電池システム２０との間の中間圧縮空気Ａｉの流通を制御する弁である。換言すれば、ガスタービンシステム１０と燃料電池システム２０との接続や切り離しを制御するものである。また、発電モジュール２２内に導かれる中間圧縮空気Ａｉの流量を制御することも可能である。   The first supply side adjustment valve 50 is a valve that controls the flow of the intermediate compressed air Ai between the gas turbine system 10 and the fuel cell system 20 together with a first discharge side adjustment valve 53 described later. In other words, connection and disconnection between the gas turbine system 10 and the fuel cell system 20 are controlled. It is also possible to control the flow rate of the intermediate compressed air Ai guided into the power generation module 22.

第一供給側ブロワ５１は、低圧圧縮機１２の出口と燃料電池２０との間の圧力バランスに応じて、中間圧縮空気Ａｉの圧力が燃料電池システム２０に送り込むために必要な圧力となるように、中間圧縮空気Ａｉの昇圧を行うものである。よって、第一供給側ブロワ５１は必要に応じて設ければよい。なお、第一供給側ブロワ５１としては、公知のブロワを用いることができ、特に限定するものではない。   The first supply-side blower 51 is configured so that the pressure of the intermediate compressed air Ai becomes a pressure necessary for feeding into the fuel cell system 20 according to the pressure balance between the outlet of the low-pressure compressor 12 and the fuel cell 20. The intermediate compressed air Ai is boosted. Therefore, the 1st supply side blower 51 should just be provided as needed. In addition, as the 1st supply side blower 51, a well-known blower can be used and it does not specifically limit.

第二供給配管４１の一方の端部は電池用燃料供給部３０に接続され、他方の端部は発電モジュール２２に接続されている。さらに、第二供給配管４１には、電池用燃料供給部３０から発電モジュール２２に向かって順に、第二供給側調整弁５２、再循環配管（電池用燃料再循環配管）４４との接続部が耐圧容器２１の外部に設けられている。   One end of the second supply pipe 41 is connected to the battery fuel supply unit 30, and the other end is connected to the power generation module 22. Further, the second supply pipe 41 has a connection portion with a second supply side adjustment valve 52 and a recirculation pipe (battery fuel recirculation pipe) 44 in order from the battery fuel supply section 30 toward the power generation module 22. It is provided outside the pressure vessel 21.

第二供給側調整弁５２は、電池用燃料供給部３０と燃料電池システム２０との間の電池用燃料Ｆｃの流通を制御する弁である。換言すれば、電池用燃料供給部３０と燃料電池システム２０との接続や切り離しを制御するものである。また、発電モジュール２２内に導かれる電池用燃料Ｆｃの流量を制御することも可能である。   The second supply side adjustment valve 52 is a valve that controls the flow of the battery fuel Fc between the battery fuel supply unit 30 and the fuel cell system 20. In other words, the connection and disconnection of the battery fuel supply unit 30 and the fuel cell system 20 are controlled. It is also possible to control the flow rate of the battery fuel Fc guided into the power generation module 22.

再循環配管４４は、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出燃料Ｆｏの一部を、第二供給配管４１に戻すことで、発電モジュール２２に再循環させる配管である。換言すれば、再循環配管４４の一方の端部は第二供給配管４１に接続され、他方の端部は後述する第二排出配管４３に接続されている。
排出燃料Ｆｏは、前述の通り、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の電池用燃料Ｆｃの排燃料ガス、及び、発電に用いられなかった電池用燃料Ｆｃの未燃燃料からなる。即ち、まだ燃料電池システム２０での発電に用いることのできる電池用燃料Ｆｃの未燃分が残存している。 The recirculation pipe 44 is a pipe that recirculates to the power generation module 22 by returning a part of the discharged fuel Fo after being used for power generation in the fuel cell system 20 to the second supply pipe 41. In other words, one end of the recirculation pipe 44 is connected to the second supply pipe 41 and the other end is connected to a second discharge pipe 43 described later.
As described above, the exhaust fuel Fo includes the exhaust fuel gas of the battery fuel Fc after being used for power generation in the fuel cell system 20 and the unburned fuel of the battery fuel Fc that has not been used for power generation. That is, the unburned portion of the battery fuel Fc that can be used for power generation in the fuel cell system 20 still remains.

また、燃料電池システム２０での発電によって燃料電池における燃料極側に水蒸気が生じるが、この水蒸気は第二排出配管４３を流れる排出燃料Ｆｏとともに燃料電池システム２０から排出されてしまう。一方、電池用燃料Ｆｃを燃料電池システム２０での発電に用いるためには電池用燃料Ｆｃと水蒸気を燃料極の触媒で反応させることによって改質する必要がある。
再循環配管４４は、排出燃料Ｆｏの一部、及び、それに含まれる水蒸気を、第二供給配管４１に再循環させて、燃料電池システム２０での発電に用いる電池用燃料Ｆｃ、及び、電池用燃料Ｆｃの改質に必要な水蒸気を供給するために設けられている。 Further, water vapor is generated on the fuel electrode side of the fuel cell by power generation in the fuel cell system 20, and this water vapor is discharged from the fuel cell system 20 together with the exhaust fuel Fo flowing through the second discharge pipe 43. On the other hand, in order to use the battery fuel Fc for power generation in the fuel cell system 20, it is necessary to reform the battery fuel Fc and water vapor by reacting with a catalyst of the fuel electrode.
The recirculation pipe 44 recirculates a part of the discharged fuel Fo and water vapor contained in the fuel to the second supply pipe 41 to be used for power generation in the fuel cell system 20 and for the battery. It is provided to supply water vapor necessary for reforming the fuel Fc.

さらに、再循環配管４４には、再循環配管４４を流れる排出燃料Ｆｏの流量を制御する再循環ブロワ（排出燃料再循環ブロワ）５８が設けられている。
なお、再循環ブロワ５８としては、公知のブロワを用いることができ、特に限定するものではない。 Further, the recirculation pipe 44 is provided with a recirculation blower (exhaust fuel recirculation blower) 58 for controlling the flow rate of the exhaust fuel Fo flowing through the recirculation pipe 44.
As the recirculation blower 58, a known blower can be used and is not particularly limited.

第一排出配管４２は、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出空気Ａｏを、ガスタービンシステム１０の高圧圧縮機１３の入口（第二中間段）に導く配管である。換言すれば、第一排出配管４２の一方の端部は発電モジュール２２に接続され、他方の端部は高圧圧縮機１３の入口に接続されている。さらに、第一排出配管４２には、発電モジュール２２から高圧圧縮機１３の入口に向かって順に、第一排出側調整弁５３、第一排出側ブロワ５４が耐圧容器２１の外部に設けられている。また、第一排出管４２に、排出空気Ａｏの排熱を回収する排熱回収装置６０を設けてもよい。なお、排熱回収装置は排熱の使用用途に応じ公知の排熱回収装置を用いることができ、特に限定するものではない。   The first exhaust pipe 42 is a pipe that guides the exhaust air Ao after being used for power generation in the fuel cell system 20 to the inlet (second intermediate stage) of the high-pressure compressor 13 of the gas turbine system 10. In other words, one end of the first discharge pipe 42 is connected to the power generation module 22, and the other end is connected to the inlet of the high-pressure compressor 13. Further, in the first discharge pipe 42, a first discharge side adjustment valve 53 and a first discharge side blower 54 are provided outside the pressure vessel 21 in order from the power generation module 22 toward the inlet of the high pressure compressor 13. . The first exhaust pipe 42 may be provided with an exhaust heat recovery device 60 that recovers exhaust heat of the exhaust air Ao. The exhaust heat recovery device can be a known exhaust heat recovery device according to the use purpose of the exhaust heat, and is not particularly limited.

第一排出側調整弁５３は、前述の第一供給側調整弁５１とともに、ガスタービンシステム１０と燃料電池システム２０との間の排出空気Ａｏの流通を制御する弁である。換言すれば、ガスタービンシステム１０と燃料電池システム２０との接続や切り離しを制御するものである。また、発電モジュール２２から排出される排出空気Ａｏの流量を制御することも可能である。   The first discharge side adjustment valve 53 is a valve that controls the flow of the discharge air Ao between the gas turbine system 10 and the fuel cell system 20 together with the first supply side adjustment valve 51 described above. In other words, connection and disconnection between the gas turbine system 10 and the fuel cell system 20 are controlled. It is also possible to control the flow rate of the discharged air Ao discharged from the power generation module 22.

第一排出側ブロワ５４は、燃料電池システム２０と高圧圧縮機１３の入口との間の圧力バランスに応じて、排出空気Ａｏの圧力が高圧圧縮機１３に送り込むために必要な圧力となるように、排出空気Ａｏの昇圧を行うものである。よって、第一排出側ブロワ５４は必要に応じて設ければよい。なお、第一排出側ブロワ５４としては、公知のブロワを用いることができ、特に限定するものではない。   The first exhaust-side blower 54 is configured so that the pressure of the exhaust air Ao becomes a pressure necessary for feeding into the high-pressure compressor 13 according to the pressure balance between the fuel cell system 20 and the inlet of the high-pressure compressor 13. The pressure of the exhaust air Ao is increased. Therefore, the 1st discharge side blower 54 should just be provided as needed. In addition, as the 1st discharge side blower 54, a well-known blower can be used and it does not specifically limit.

第二排出配管４３は、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出燃料Ｆｏを、ガスタービンシステム１０の燃焼部１４に導く配管である。換言すれば、第二排出配管４３の一方の端部は発電モジュール２２に接続され、他方の端部は燃焼部１４に接続されている。さらに、第二排出配管４３には、発電モジュール２２から燃焼部１４に向かって順に、再循環配管４４との接続部、第二排出側ブロワ５５、ベント配管（排出燃料ベント配管）４５との接続部、第二排出側調整弁５６が耐圧容器２１の外部に設けられている。   The second exhaust pipe 43 is a pipe that guides the exhaust fuel Fo after being used for power generation in the fuel cell system 20 to the combustion unit 14 of the gas turbine system 10. In other words, one end of the second discharge pipe 43 is connected to the power generation module 22, and the other end is connected to the combustion unit 14. Further, in the second discharge pipe 43, a connection part with the recirculation pipe 44, a second discharge side blower 55, and a vent pipe (exhaust fuel vent pipe) 45 in order from the power generation module 22 toward the combustion unit 14. The second discharge side regulating valve 56 is provided outside the pressure vessel 21.

第二排出側ブロワ５５は、燃料電池システム２０と燃焼部１４の入口との間の圧力バランスに応じて、排出燃料Ｆｏの圧力が燃焼部１４に送り込むために必要な圧力となるように、排出燃料Ｆｏの昇圧を行うものである。なお、第二排出側ブロワ５５としては、公知のブロワを用いることができ、特に限定するものではない。   The second discharge side blower 55 discharges the pressure of the exhaust fuel Fo so as to be a pressure necessary for sending it to the combustion unit 14 according to the pressure balance between the fuel cell system 20 and the inlet of the combustion unit 14. The pressure of the fuel Fo is increased. In addition, as the 2nd discharge side blower 55, a well-known blower can be used and it does not specifically limit.

ベント配管４５は、第二排出配管４３を流れる排出燃料Ｆｏの少なくとも一部を、必要に応じて外部に放出するための配管である。ベント配管４５には、第二排出側調整弁５６とともにベント配管４５から外部に放出される排出燃料Ｆｏの流量または圧力を制御するベント調整弁５７が設けられている。   The vent pipe 45 is a pipe for discharging at least a part of the discharged fuel Fo flowing through the second discharge pipe 43 to the outside as necessary. The vent pipe 45 is provided with a vent adjustment valve 57 that controls the flow rate or pressure of the discharged fuel Fo discharged from the vent pipe 45 together with the second discharge side adjustment valve 56.

第二排出側調整弁５６及びベント調整弁５７により、第二排出配管４３を流れる排出燃料Ｆｏの流通を制御できる。詳述すれば、ベント調整弁５７が開かれ、第二排出側調整弁５６が閉じられた状態の場合、第二排出配管４３を流れる排出燃料Ｆｏはベント配管４５から外部へ放出される。一方、ベント調整弁５７が閉じられ、第二排出側調整弁５６が開かれた状態の場合、第二排出配管４３を流れる排出燃料Ｆｏは燃焼部１４に供給される。   The distribution of the exhaust fuel Fo flowing through the second exhaust pipe 43 can be controlled by the second exhaust side adjustment valve 56 and the vent adjustment valve 57. More specifically, when the vent adjustment valve 57 is opened and the second discharge side adjustment valve 56 is closed, the exhaust fuel Fo flowing through the second exhaust pipe 43 is discharged from the vent pipe 45 to the outside. On the other hand, when the vent adjustment valve 57 is closed and the second discharge side adjustment valve 56 is opened, the exhaust fuel Fo flowing through the second exhaust pipe 43 is supplied to the combustion unit 14.

耐圧容器２１は、内部に発電モジュール２２などを収納する容器である。また、耐圧容器２１は、耐圧性を考慮して、例えば、円筒形状の胴部と、胴部の中心軸方向における両端部に形成されている半球状の鏡部とを有している。この耐圧容器２１は、全体として円筒形状を成し、その容器中心軸が上下方向に延びるよう設置されている。また、この耐圧容器２１は、耐圧性と共に、酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性も要求されるため、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス系材で形成されている。
なお、耐圧容器２１としては、公知の耐圧性を有する容器であればよく、特に限定するものではない。 The pressure vessel 21 is a vessel that houses the power generation module 22 and the like therein. The pressure vessel 21 includes, for example, a cylindrical barrel portion and hemispherical mirror portions formed at both ends in the central axis direction of the barrel portion in consideration of pressure resistance. The pressure vessel 21 has a cylindrical shape as a whole, and is installed so that its central axis extends in the vertical direction. Further, the pressure vessel 21 is made of a stainless steel material such as SUS304 because it is required to have a pressure resistance and a corrosion resistance against an oxidizing agent such as oxygen contained in the oxidizing gas.
The pressure vessel 21 is not particularly limited as long as it has a known pressure resistance.

電池用燃料Ｆｃとしては、例えば、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、天然ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られたガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。また、酸化性ガスとしては、例えば、酸素を１５〜３０vol％含むガス等が利用される。代表的な酸化性ガスとしては、空気Ａｇが好適であるが、燃焼ガスＧ（排気ガス）と空気Ａｇとの混合ガスや、酸素と空気Ａｇとの混合ガスなどを利用してもよい。   Examples of battery fuel Fc include hydrocarbon gases such as hydrogen, carbon monoxide, and methane, natural gas, gas obtained by gasification of carbonaceous raw materials such as coal, or two or more components thereof. Gas containing etc. is used. Moreover, as oxidizing gas, the gas etc. which contain 15-30 vol% of oxygen are utilized, for example. As a typical oxidizing gas, air Ag is suitable, but a mixed gas of combustion gas G (exhaust gas) and air Ag, a mixed gas of oxygen and air Ag, or the like may be used.

ガスタービンシステム１０は、図１に示すように、少なくとも燃料電池システム２０の発電モジュール２２に圧縮された空気を導くものである。圧縮部１１の低圧圧縮機１２は、回転軸１６により回転駆動されることで、その入口から吸入した空気Ａｇを圧縮する。また、低圧圧縮機１２は、圧縮部１１の昇圧過程における第一の中間圧である中間圧縮空気Ａｉの一部または全部を、低圧圧縮機１２の出口（第一中間段）から第一供給配管４０を介して発電モジュール２２に、また、第一供給配管４０及び分岐配管４６を介して、低圧圧縮機１２の下流側かつ高圧側に設けられた高圧圧縮機１３の入口に供給するものである。   As shown in FIG. 1, the gas turbine system 10 guides compressed air to at least the power generation module 22 of the fuel cell system 20. The low pressure compressor 12 of the compression unit 11 is driven to rotate by the rotating shaft 16 to compress the air Ag sucked from the inlet. Further, the low pressure compressor 12 supplies a part or all of the intermediate compressed air Ai, which is the first intermediate pressure in the pressure increasing process of the compression unit 11, from the outlet (first intermediate stage) of the low pressure compressor 12 to the first supply pipe. The power supply module 22 is supplied to the power generation module 22 via the first supply pipe 40 and the branch pipe 46 to the inlet of the high pressure compressor 13 provided on the downstream side and the high pressure side of the low pressure compressor 12. .

分岐配管４６は、低圧圧縮機１２の出口から送り出された中間圧縮空気Ａｉの一部または全部を、高圧圧縮機１３の入口に導く配管である。換言すれば、分岐配管４６の一方の端部は、第一供給配管４０における低圧圧縮機１２の出口と第一供給側調整弁５０との間に接続され、他方の端部は、高圧圧縮機１３の入口に接続されている。なお、第一供給配管４０に設けられた第一供給側調整弁５０により、第一供給配管４０及び分岐配管４６を流れる圧縮された空気の流量を調整することができる。   The branch pipe 46 is a pipe that guides part or all of the intermediate compressed air Ai sent from the outlet of the low-pressure compressor 12 to the inlet of the high-pressure compressor 13. In other words, one end of the branch pipe 46 is connected between the outlet of the low pressure compressor 12 in the first supply pipe 40 and the first supply side regulating valve 50, and the other end is connected to the high pressure compressor. 13 inlets are connected. The flow rate of the compressed air flowing through the first supply pipe 40 and the branch pipe 46 can be adjusted by the first supply side adjustment valve 50 provided in the first supply pipe 40.

圧縮部１１の高圧圧縮機１３は、回転軸１６により回転駆動されることで、低圧圧縮機１２の出口から第一供給配管４０及び分岐配管４６を介して、その入口に供給された中間圧縮空気Ａｉと、燃料電池システム２０での発電に用いられた後、発電モジュール２２から第一排出配管４２を介して、その入口に供給された排出空気Ａｏとを昇圧して圧縮空気Ａｃを生成する。また、高圧圧縮機１３は、その最終段出口、即ち、圧縮部１１の出口から圧縮空気供給通路４７を介して昇圧した圧縮空気Ａｃを燃焼部１４に供給する。
なお、圧縮部１１の低圧圧縮機１２及び高圧圧縮機１３としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。 The high-pressure compressor 13 of the compression unit 11 is rotationally driven by the rotating shaft 16, so that intermediate compressed air supplied from the outlet of the low-pressure compressor 12 to the inlet via the first supply pipe 40 and the branch pipe 46. After being used for power generation in the fuel cell system 20, the compressed air Ac is generated by increasing the pressure of the exhaust air Ao supplied to the inlet of the power generation module 22 through the first exhaust pipe 42. The high-pressure compressor 13 supplies the compressed air Ac that has been pressurized from the final stage outlet, that is, the outlet of the compression unit 11, via the compressed air supply passage 47 to the combustion unit 14.
In addition, a well-known structure can be used as the low pressure compressor 12 and the high pressure compressor 13 of the compression part 11, and it does not specifically limit it.

圧縮空気供給通路４７は、高圧圧縮機１３の出口から送り出された圧縮空気Ａｃを燃焼部１４に導く通路または配管である。換言すれば、圧縮空気供給通路４７の一方の端部は高圧圧縮機１３の出口に接続され、他方の端部は燃焼部１４の入口に接続されている。   The compressed air supply passage 47 is a passage or a pipe that guides the compressed air Ac sent from the outlet of the high-pressure compressor 13 to the combustion unit 14. In other words, one end of the compressed air supply passage 47 is connected to the outlet of the high-pressure compressor 13 and the other end is connected to the inlet of the combustion unit 14.

燃焼部１４は、図１に示すように、圧縮部１１とタービン部１５との間に設けられる。また、燃焼部１４は、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出燃料Ｆｏと、燃料Ｆｇと、高圧圧縮機１３の出口から送り出された圧縮空気Ａｃとが供給され、排出燃料Ｆｏに含まれる未燃燃料及び排燃料ガスと燃料Ｆｇとを燃焼させるものである。   As shown in FIG. 1, the combustion unit 14 is provided between the compression unit 11 and the turbine unit 15. The combustion unit 14 is supplied with the exhausted fuel Fo after being used for power generation in the fuel cell system 20, the fuel Fg, and the compressed air Ac sent from the outlet of the high-pressure compressor 13, and the exhausted fuel Fo The unburned fuel and exhaust fuel gas contained in the fuel and the fuel Fg are burned.

燃焼部１４には、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出燃料Ｆｏが流れる第二排出配管４３と、燃料Ｆｇが流れる燃料供給配管４８と、高圧圧縮機１３の出口から送り出された圧縮空気Ａｃが流れる圧縮空気供給通路４７が接続されている。更に、燃焼部１４における燃焼により生成された高温高圧の燃焼ガスＧをタービン部１５に導く燃焼ガス排出通路４９が接続されている。
なお、燃焼部１４としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。 The combustion unit 14 is fed from the second discharge pipe 43 through which the exhaust fuel Fo after being used for power generation in the fuel cell system 20 flows, the fuel supply pipe 48 through which the fuel Fg flows, and the outlet of the high-pressure compressor 13. A compressed air supply passage 47 through which the compressed air Ac flows is connected. Further, a combustion gas discharge passage 49 that guides the high-temperature and high-pressure combustion gas G generated by the combustion in the combustion unit 14 to the turbine unit 15 is connected.
In addition, as a combustion part 14, a well-known structure can be used and it does not specifically limit.

燃焼ガス排出通路４９は、燃焼部１４の出口から排出された燃焼ガスＧをタービン部１５の入口に導く通路または配管である。換言すれば、燃焼ガス排出通路４９の一方の端部は燃焼部１４の出口に接続され、他方の端部はタービン部１５の入口に接続されている。   The combustion gas discharge passage 49 is a passage or piping that guides the combustion gas G discharged from the outlet of the combustion unit 14 to the inlet of the turbine unit 15. In other words, one end of the combustion gas discharge passage 49 is connected to the outlet of the combustion unit 14, and the other end is connected to the inlet of the turbine unit 15.

タービン部１５は、図１に示すように、燃焼部１４の下流側に設けられるとともに、燃焼部１４により生成された燃焼ガスＧの供給を受けて回転駆動力を発生させ、回転軸１６を介して、この回転駆動力を圧縮部１１及び発電機に伝達するものである。タービン部１５には、タービン部１５を回転駆動した後の燃焼ガスＧ、つまり、排気ガスが流入するタービン排気部１７が接続されている。タービン排気部１７は、排気ガスを外部に導く通路または配管である。または、タービン排気部１７の下流側に設けられた廃熱回収ボイラ（不図示）や煙突（不図示）を介して、排気ガスを外部に導いてもよい。
なお、タービン部１５としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。 As shown in FIG. 1, the turbine unit 15 is provided on the downstream side of the combustion unit 14, receives supply of the combustion gas G generated by the combustion unit 14, generates a rotational driving force, and passes through the rotation shaft 16. Thus, this rotational driving force is transmitted to the compression unit 11 and the generator. The turbine unit 15 is connected to a turbine exhaust unit 17 into which combustion gas G after rotating the turbine unit 15, that is, exhaust gas flows. The turbine exhaust part 17 is a passage or piping for guiding exhaust gas to the outside. Alternatively, the exhaust gas may be guided to the outside through a waste heat recovery boiler (not shown) or a chimney (not shown) provided on the downstream side of the turbine exhaust unit 17.
In addition, as a turbine part 15, a well-known structure can be used and it does not specifically limit.

次に、上記の構成からなる燃料電池ガスタービン複合システム１における発電方法について説明する。   Next, a power generation method in the fuel cell gas turbine combined system 1 having the above configuration will be described.

ガスタービンシステム１０の運転により、圧縮部１１の低圧圧縮機１２は外部から空気Ａｇを吸入して圧縮することで中間圧縮空気Ａｉを生成する。中間圧縮空気Ａｉとは、圧縮部１１の昇圧過程、即ち、低圧圧縮機１２の入口から高圧圧縮機１３の出口までの昇圧過程における中間の圧力（第一の中間圧）にまで圧縮された状態である。この生成された中間圧縮空気Ａｉは低圧圧縮機１２の出口から第一供給配管４０に流入する。このとき、第一供給側調整弁５０の開度に応じて、中間圧縮空気Ａｉのうち燃料電池システム２０の発電に必要な量の中間圧縮空気Ａｉが第一供給側調整弁５０及び第一供給側ブロワ５１を通過して発電モジュール２２内に収納された発電セルに供給される。残りの中間圧縮空気Ａｉが存在する場合は、分岐配管４６を通過して高圧圧縮機１３に供給される。   By the operation of the gas turbine system 10, the low-pressure compressor 12 of the compression unit 11 generates intermediate compressed air Ai by sucking air Ag from the outside and compressing it. The intermediate compressed air Ai is a state compressed to an intermediate pressure (first intermediate pressure) in the pressurization process of the compression unit 11, that is, the pressurization process from the inlet of the low-pressure compressor 12 to the outlet of the high-pressure compressor 13. It is. The generated intermediate compressed air Ai flows into the first supply pipe 40 from the outlet of the low-pressure compressor 12. At this time, the amount of intermediate compressed air Ai necessary for power generation of the fuel cell system 20 in the intermediate compressed air Ai depends on the opening of the first supply side adjusting valve 50, and the first supply side adjusting valve 50 and the first supply. It passes through the side blower 51 and is supplied to the power generation cell housed in the power generation module 22. When the remaining intermediate compressed air Ai exists, it passes through the branch pipe 46 and is supplied to the high-pressure compressor 13.

その一方で、電池用燃料供給部３０から供給された電池用燃料Ｆｃは、第二供給配管４１を発電モジュール２２に向かって流れ、発電モジュール２２内に収納された発電セルに供給される。   On the other hand, the battery fuel Fc supplied from the battery fuel supply unit 30 flows through the second supply pipe 41 toward the power generation module 22 and is supplied to the power generation cell housed in the power generation module 22.

発電モジュール２２の発電セルは、中間圧縮空気Ａｉ及び電池用燃料Ｆｃを用いて発熱を伴って発電を行う。排出空気Ａｏは、発電により発生した熱を吸収して昇温された後、発電モジュール２２から第一排出配管４２に流入する。第一排出配管４２に流入した排出空気Ａｏは、第一排出側調整弁５３及び第一排出側ブロワ５４を通過して高圧圧縮機１３に供給され、分岐配管４６を介して高圧圧縮機１３の入口に供給された中間圧縮空気Ａｉとともに更に高圧な状態へと圧縮される。   The power generation cell of the power generation module 22 generates power with heat generation using the intermediate compressed air Ai and the battery fuel Fc. The exhaust air Ao absorbs heat generated by power generation and is heated, and then flows into the first discharge pipe 42 from the power generation module 22. The exhaust air Ao that has flowed into the first discharge pipe 42 passes through the first discharge side adjustment valve 53 and the first discharge side blower 54 and is supplied to the high pressure compressor 13, and the high pressure compressor 13 passes through the branch pipe 46. The intermediate compressed air Ai supplied to the inlet is compressed into a higher pressure state.

その一方で、排出燃料Ｆｏは、第二排出配管４３に流入し、燃焼部１４に向かって流れる。このとき、必要に応じて再循環ブロワ５８を駆動することで、第二排出配管４３に流入した排出燃料Ｆｏの一部、及び、排出燃料Ｆｏに含まれる水蒸気が、再循環配管４４を介して第二供給配管４１に戻される。   On the other hand, the exhaust fuel Fo flows into the second exhaust pipe 43 and flows toward the combustion unit 14. At this time, by driving the recirculation blower 58 as necessary, a part of the exhaust fuel Fo flowing into the second exhaust pipe 43 and the water vapor contained in the exhaust fuel Fo are passed through the recirculation pipe 44. Returned to the second supply pipe 41.

残りの排出燃料Ｆｏは、第二排出配管４３を介して燃焼部１４に流入する。燃焼部１４では、排出燃料Ｆｏ及び燃料Ｆｇが燃焼され、高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。燃焼ガスＧは、燃焼部１４からタービン部１５に流入し、タービン部１５を回転駆動させる。   The remaining exhausted fuel Fo flows into the combustion unit 14 via the second exhaust pipe 43. In the combustion unit 14, the exhaust fuel Fo and the fuel Fg are combusted, and a high-temperature and high-pressure combustion gas G is generated. The combustion gas G flows from the combustion unit 14 into the turbine unit 15 and rotates the turbine unit 15.

タービン部１５では、流入した燃焼ガスＧから回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸１６に伝達する。回転軸１６は、伝達された回転駆動力を圧縮部１１に伝達して圧縮部１１を回転駆動するとともに、発電機に伝達して発電機を回転駆動することで発電を行う。   In the turbine unit 15, a rotational driving force is generated from the inflowing combustion gas G, and the generated rotational driving force is transmitted to the rotating shaft 16. The rotating shaft 16 transmits the transmitted rotational driving force to the compression unit 11 to rotationally drive the compression unit 11, and also transmits the rotation to the generator to rotationally drive the generator to generate power.

タービン部１５を回転駆動した後の燃焼ガスＧは、排気ガスとしてタービン排気部１７に流入した後、外部へ煙突などを介して排出される。または、タービン排気部１７から廃熱回収ボイラなどを通過させることで熱回収してから外部へ排出してもよい。この場合、廃熱回収ボイラにて回収した熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気によって蒸気タービン（不図示）及び発電機を回転駆動させることで、更に発電効率を向上させることができる。   The combustion gas G after rotationally driving the turbine section 15 flows into the turbine exhaust section 17 as exhaust gas, and is then discharged to the outside through a chimney or the like. Alternatively, heat may be recovered by passing a waste heat recovery boiler or the like from the turbine exhaust unit 17 and then discharged to the outside. In this case, steam can be generated using the thermal energy recovered by the waste heat recovery boiler, and the steam turbine (not shown) and the generator can be rotationally driven by the steam, thereby further improving the power generation efficiency. .

なお、ガスタービンシステム１０は、必ずしも、圧縮部１１、燃焼部１４及びタービン部１５を有するガスタービン単体のみに限られる必要はなく、圧縮部１１、燃焼部１４及びタービン部１４を有するガスタービンと、蒸気タービンと、廃熱回収ボイラとを組み合わせたガスタービン蒸気タービン複合システムとしてもよい。この場合、ガスタービンと蒸気タービンとは、回転軸や減速装置等を介して連結されてもよいし、連結されていなくてもよい。また、連結されない場合は、それぞれに発電機を接続することができる。
なお、廃熱回収ボイラ、蒸気タービン及び発電機としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。 The gas turbine system 10 is not necessarily limited to the gas turbine alone having the compression unit 11, the combustion unit 14, and the turbine unit 15. The gas turbine system 10 includes the compression unit 11, the combustion unit 14, and the turbine unit 14. The gas turbine steam turbine combined system may be a combination of a steam turbine and a waste heat recovery boiler. In this case, the gas turbine and the steam turbine may be connected via a rotating shaft, a speed reducer, or the like, or may not be connected. Moreover, when not connected, a generator can be connected to each.
In addition, a well-known structure can be used as a waste heat recovery boiler, a steam turbine, and a generator, It does not specifically limit.

本実施形態によれば、圧縮部１１の昇圧過程における第一中間段で抽気された第一の中間圧の中間圧縮空気Ａｉを、燃料電池システム２０での発電に用いる酸化性ガスとして供給するため、圧縮部の最終段出口で取り出された高圧の圧縮空気を燃料電池システムに供給し、高圧の圧縮空気で燃焼することで最適化されたガスタービンシステムの燃焼器に燃料電池システムでの圧力損失を考慮した排出空気を供給する必要がある従来の燃料電池ガスタービン複合システムに比較して、燃料電池システム２０側に供給される圧縮空気の圧力を低くすることができる。これにより、耐圧容器２１や、発電モジュール２２に接続される配管４０〜４２、該配管４０〜４２に設けられた弁及びブロワ等の周辺機器５０〜５４に要求される耐圧性能を低くすることができる。これにより、設計の自由度の向上を図ることが可能となる。   According to the present embodiment, the intermediate compressed air Ai having the first intermediate pressure extracted in the first intermediate stage in the pressure increasing process of the compression unit 11 is supplied as an oxidizing gas used for power generation in the fuel cell system 20. The pressure loss in the fuel cell system is supplied to the combustor of the gas turbine system optimized by supplying high pressure compressed air taken out at the final stage outlet of the compression section to the fuel cell system and combusting with the high pressure compressed air. As compared with a conventional fuel cell gas turbine combined system that needs to supply exhaust air in consideration of the above, the pressure of the compressed air supplied to the fuel cell system 20 can be lowered. Thereby, the pressure resistance required for the peripheral devices 50 to 54 such as the pressure vessel 21 and the pipes 40 to 42 connected to the power generation module 22 and the valves and blowers provided in the pipes 40 to 42 can be lowered. it can. As a result, it is possible to improve the degree of freedom of design.

ここで、従来においては、燃料供給部から燃料電池の発電モジュールへ電池用燃料を供給する配管容積が大きく、かつ、ガスタービンシステムと連携するのに求められる圧力まで昇圧するために、電池用燃料（燃料ガス）の流量が多く、燃料電池システムの起動や停止に多大な時間を要していた。また、それに伴い燃料電池の運転速度や負荷変化速度の鈍化を招くという問題があった。
これに対して本実施形態では、燃料電池システム２０側の運転圧力を下げることにより、電池用燃料供給部３０から発電室２２への第二供給配管４１内に内封される電池用燃料Ｆｃの流量を低下することができる。よって、燃料電池システム２０の運転速度や負荷変化速度の鈍化を抑制することができる。 Here, conventionally, since the volume of piping for supplying battery fuel from the fuel supply unit to the power generation module of the fuel cell is large and the pressure is increased to a pressure required to cooperate with the gas turbine system, the fuel for the battery is used. The flow rate of (fuel gas) is large, and it takes a long time to start and stop the fuel cell system. In addition, there is a problem that the operation speed of the fuel cell and the load change speed are slowed accordingly.
On the other hand, in the present embodiment, by reducing the operating pressure on the fuel cell system 20 side, the battery fuel Fc enclosed in the second supply pipe 41 from the battery fuel supply unit 30 to the power generation chamber 22 is reduced. The flow rate can be reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the operation speed and load change speed of the fuel cell system 20.

また、排出空気Ａｏをガスタービンシステム１０の圧縮部１１の昇圧過程における第二中間段に供給するため、従来よりも運転圧力を緩和することができる。よって、燃料電池ガスタービン複合システム１全体での効率を向上させることができる。   Further, since the exhaust air Ao is supplied to the second intermediate stage in the pressurization process of the compression unit 11 of the gas turbine system 10, the operating pressure can be reduced as compared with the conventional case. Therefore, the efficiency of the entire fuel cell gas turbine combined system 1 can be improved.

また、本実施形態によれば、第二供給配管４１と第二排出配管４３とを接続する再循環配管４４を設けたため、燃料電池システム２０での発電により生じた水蒸気を捨てることなく、電池用燃料Ｆｃの改質に必要な水蒸気として再利用することができる。また、発電に用いられなかった電池用燃料Ｆｃの未燃分を再循環させることで何度も発電用として再利用することによって、燃料電池システム２０での発電に用いられる電池用燃料Ｆｃの発電効率を向上させることができる。   Moreover, according to this embodiment, since the recirculation piping 44 which connects the 2nd supply piping 41 and the 2nd discharge piping 43 was provided, without throwing away the water vapor | steam produced by the electric power generation in the fuel cell system 20, it is for batteries. It can be reused as steam necessary for reforming the fuel Fc. In addition, by recirculating the unburned portion of the battery fuel Fc that has not been used for power generation and reusing it for power generation, power generation of the battery fuel Fc used for power generation in the fuel cell system 20 is performed. Efficiency can be improved.

「第二実施形態」
次に、本発明に係る燃料電池ガスタービン複合システムの第二実施形態について、図２を参照して説明する。 "Second embodiment"
Next, a second embodiment of the fuel cell gas turbine combined system according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態の燃料電池ガスタービン複合システムは、第一実施形態とは、ガスタービンシステムの燃焼部及びタービン部と第二排出配管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図２を用いて燃焼部、タービン部及び第二排出配管の周辺のみを説明することとし、第一実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。   The fuel cell gas turbine combined system of this embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the combustion section and the turbine section of the gas turbine system and the second exhaust pipe. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the combustion section, the turbine section, and the second exhaust pipe will be described with reference to FIG. 2, and the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The description is omitted.

図２は、本実施形態に係る燃料電池ガスタービン複合システム１０１の概略構成を示す模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the combined fuel cell gas turbine system 101 according to the present embodiment.

燃料電池ガスタービン複合システム１０１におけるガスタービンシステム１１０には、図２に示すように、燃焼部１１４及びタービン部１１５が設けられている。
燃焼部１１４には、高圧燃焼器１１４ａ及び低圧燃焼器１１４ｂが設けられている。また、タービン部１１５には、高圧タービン１１５ａ及び低圧タービン１１５ｂが設けられている。
なお、燃焼部１１４の高圧燃焼器１１４ａ及び低圧燃焼器１１４ｂと、タービン部１１５の高圧タービン１１５ａ及び低圧タービン１１５ｂとしては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。 As shown in FIG. 2, a combustion unit 114 and a turbine unit 115 are provided in the gas turbine system 110 in the fuel cell gas turbine combined system 101.
The combustion unit 114 is provided with a high pressure combustor 114a and a low pressure combustor 114b. The turbine section 115 is provided with a high pressure turbine 115a and a low pressure turbine 115b.
In addition, a well-known structure can be used as the high pressure combustor 114a and the low pressure combustor 114b of the combustion part 114, and the high pressure turbine 115a and the low pressure turbine 115b of the turbine part 115, and it does not specifically limit it.

高圧燃焼器１１４ａは、圧縮部１１（高圧圧縮機１３）の出口とタービン部１１５（高圧タービン１１５ａ）の入口との間に設けられている。また、高圧燃焼器１１４ａには、燃料Ｆｇを供給する燃料供給配管１４８ａと、高圧圧縮機１３の出口から送り出された高圧の圧縮空気Ａｃを供給する圧縮空気供給通路４７が接続されている。また、高圧燃焼器１１４ａには、供給された燃料Ｆｇと圧縮空気Ａｃが、高圧燃焼器１１４ａにおいて燃焼することにより生成された高圧の燃焼ガスＧを、高圧タービン１１５ａの入口に向けて供給する第一燃焼ガス排出通路１４９ａが接続されている。   The high-pressure combustor 114a is provided between the outlet of the compression unit 11 (high-pressure compressor 13) and the inlet of the turbine unit 115 (high-pressure turbine 115a). The high-pressure combustor 114 a is connected to a fuel supply pipe 148 a that supplies fuel Fg and a compressed air supply passage 47 that supplies high-pressure compressed air Ac sent from the outlet of the high-pressure compressor 13. The high-pressure combustor 114a is supplied with a high-pressure combustion gas G generated by combustion of the supplied fuel Fg and compressed air Ac in the high-pressure combustor 114a toward the inlet of the high-pressure turbine 115a. One combustion gas discharge passage 149a is connected.

低圧燃焼器１１４ｂは、高圧燃焼器１１４ａよりも下流側かつ低圧側となる、高圧タービン１１５ａの出口と低圧タービン１１５ｂの入口との間に設けられている。また、低圧燃焼器１１４ｂには、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出燃料Ｆｏを供給する第二排出配管１４３と、燃料Ｆｇを供給する燃料供給配管１４８ｂと、高圧タービン１１５ａの出口から送り出された燃焼ガスＧを供給する第二燃焼ガス排出通路１４９ｂが接続されている。また、低圧燃焼器１１４ｂには、供給された排出燃料Ｆｏと燃料Ｆｇと高圧燃焼器１１４ａで生成され、高圧ガスタービン１１５ａにより膨張した燃焼ガスＧとが、低圧燃焼器１１４ｂにおいて燃焼することにより生成された燃焼ガスＧを、低圧タービン１１５ｂの入口に向けて供給する第三燃焼ガス排出通路１４９ｃが接続されている。   The low-pressure combustor 114b is provided between the outlet of the high-pressure turbine 115a and the inlet of the low-pressure turbine 115b, which is downstream and low-pressure side of the high-pressure combustor 114a. The low-pressure combustor 114b includes a second exhaust pipe 143 that supplies exhaust fuel Fo after being used for power generation in the fuel cell system 20, a fuel supply pipe 148b that supplies fuel Fg, and a high-pressure turbine 115a. A second combustion gas discharge passage 149b for supplying the combustion gas G sent from the outlet is connected. In addition, the low-pressure combustor 114b is generated by the combustion of the supplied exhaust fuel Fo, fuel Fg, and high-pressure combustor 114a, and the combustion gas G expanded by the high-pressure gas turbine 115a, in the low-pressure combustor 114b. A third combustion gas discharge passage 149c for supplying the burned combustion gas G toward the inlet of the low-pressure turbine 115b is connected.

高圧タービン１１５ａは、第一燃焼ガス排出通路１４９ａを通じて高圧燃焼器１１４ａにより生成された燃焼ガスＧの供給を受けて回転駆動力を発生させ、回転軸１６を介して、この回転駆動力を圧縮部１１及び発電機に伝達するものである。また、高圧タービン１１５ａには、高圧タービン１１５ａを回転駆動した後の燃焼ガスＧが流入する第二燃焼ガス排出通路１４９ｂが接続されている。   The high-pressure turbine 115a receives the supply of the combustion gas G generated by the high-pressure combustor 114a through the first combustion gas discharge passage 149a and generates a rotational driving force. 11 and the generator. The high-pressure turbine 115a is connected to a second combustion gas discharge passage 149b into which the combustion gas G after the high-pressure turbine 115a is rotationally driven flows.

低圧タービン１１５ｂは、高圧タービン１１５ａよりも下流側かつ低圧側に設けられるとともに、第三燃焼ガス排出通路１４９ｃを通じて低圧燃焼器１１４ｂにより生成された燃焼ガスＧの供給を受けて回転駆動力を発生させ、回転軸１６を介して、この回転駆動力を圧縮部１１及び発電機に伝達するものである。また、低圧タービン１１５ｂには、低圧タービン１１５ｂを回転駆動した後の燃焼ガスＧ、つまり、排気ガスが流入するタービン排気部１７が接続されている。   The low-pressure turbine 115b is provided on the downstream side and the low-pressure side of the high-pressure turbine 115a and receives the supply of the combustion gas G generated by the low-pressure combustor 114b through the third combustion gas discharge passage 149c to generate a rotational driving force. The rotational driving force is transmitted to the compression unit 11 and the generator via the rotating shaft 16. The low-pressure turbine 115b is connected to a turbine exhaust part 17 into which combustion gas G after rotating the low-pressure turbine 115b, that is, exhaust gas flows.

本実施形態によれば、第一実施形態において得られる作用効果に加えて、高圧燃焼器１１４ａよりも低圧側となる低圧燃焼器１１４ｂに排出燃料Ｆｏを供給するため、排出燃料Ｆｏを低圧燃焼器１１４ｂに送り込むために必要な圧力を低くすることができる。
これにより、排出燃料Ｆｏの昇圧を行う第二排出側ブロワ５５を、動力の小さな安価なものに変更することができる。また、第二排出配管１４３での圧力損失を考慮しても、燃料電池システム２０側の圧力の方が低圧燃焼器１１４ｂ側の圧力よりも高ければ、排出燃料Ｆｏの昇圧が不要となるので、第二排出側ブロワ５５を省略することも可能となる。 According to the present embodiment, in addition to the operational effects obtained in the first embodiment, the exhaust fuel Fo is supplied to the low pressure combustor 114b on the low pressure side of the high pressure combustor 114a. The pressure required to feed into 114b can be reduced.
Thereby, the 2nd discharge side blower 55 which carries out pressure | voltage rise of the exhaust fuel Fo can be changed into an inexpensive thing with small motive power. Even if the pressure loss in the second exhaust pipe 143 is taken into account, if the pressure on the fuel cell system 20 side is higher than the pressure on the low-pressure combustor 114b side, boosting of the exhaust fuel Fo becomes unnecessary. The second discharge side blower 55 can be omitted.

あるいは、図３に示す「第二実施形態の変形例」のように、第二排出側ブロワ５５を省略するとともに、再循環配管４４に設けられていた再循環ブロワ５８を、第二排出配管１４３の再循環配管４４との接続部よりも上流側に設けた燃料電池ガスタービン複合システム１０２としてもよい。こうすることで、第二排出側ブロワ５５を省略したうえで、一つの再循環ブロワ５８によって、排出燃料Ｆｏの再循環と排出燃料Ｆｏの昇圧という二つの機能を兼ねることができる。また、圧力バランス次第では、再循環ブロワ４８を動力の小さな安価なものに変更することも可能となる。   Alternatively, as in the “variation example of the second embodiment” shown in FIG. 3, the second discharge side blower 55 is omitted, and the recirculation blower 58 provided in the recirculation pipe 44 is replaced with the second discharge pipe 143. The fuel cell gas turbine combined system 102 may be provided upstream of the connection with the recirculation pipe 44. By doing so, the second discharge side blower 55 can be omitted, and the single recirculation blower 58 can serve both of the functions of recirculation of the exhaust fuel Fo and boosting of the exhaust fuel Fo. Further, depending on the pressure balance, the recirculation blower 48 can be changed to an inexpensive one with small power.

「第三実施形態」
次に、本発明に係る燃料電池ガスタービン複合システムの第三実施形態について、図４を参照して説明する。 "Third embodiment"
Next, a third embodiment of the fuel cell gas turbine combined system according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態の燃料電池ガスタービン複合システムは、第一実施形態とは、ガスタービンシステムの圧縮部、燃焼部及びタービン部と、第一排出配管及び第二排出配管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図４を用いて、圧縮部、燃焼部、タービン部、第一排出配管及び第二排出配管の周辺のみを説明することとし、第一実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。   The fuel cell gas turbine combined system of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the compression section, the combustion section, and the turbine section of the gas turbine system, and the first discharge pipe and the second discharge pipe. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the compression unit, the combustion unit, the turbine unit, the first discharge pipe and the second discharge pipe will be described with reference to FIG. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図４は、本実施形態に係る燃料電池ガスタービン複合システム２０１の概略構成を示す模式図である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the combined fuel cell gas turbine system 201 according to the present embodiment.

燃料電池ガスタービン複合システム２０１におけるガスタービンシステム２１０には、図４に示すように、圧縮部２１１、燃焼部２１４及びタービン部２１５が設けられている。
圧縮部２１１には、低圧圧縮機２１２及び高圧圧縮機２１３が設けられている。また、燃焼部２１４には、高圧燃焼器２１４ａ及び低圧燃焼器２１４ｂが設けられている。また、タービン部２１５には、高圧タービン２１５ａ及び低圧タービン２１５ｂが設けられている。 As shown in FIG. 4, the gas turbine system 210 in the fuel cell gas turbine combined system 201 includes a compression unit 211, a combustion unit 214, and a turbine unit 215.
The compression unit 211 is provided with a low pressure compressor 212 and a high pressure compressor 213. The combustion unit 214 is provided with a high pressure combustor 214a and a low pressure combustor 214b. The turbine unit 215 is provided with a high-pressure turbine 215a and a low-pressure turbine 215b.

なお、圧縮部２１１の低圧圧縮機２１２及び高圧圧縮機２１３と、燃焼部２１４の高圧燃焼器２１４ａ及び低圧燃焼器２１４ｂと、タービン部２１５の高圧タービン２１５ａ及び低圧タービン２１５ｂとしては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。   The low pressure compressor 212 and the high pressure compressor 213 of the compression unit 211, the high pressure combustor 214a and the low pressure combustor 214b of the combustion unit 214, and the high pressure turbine 215a and the low pressure turbine 215b of the turbine unit 215 have known configurations. It can be used and is not particularly limited.

低圧圧縮機２１２は、第一実施形態における低圧圧縮機１２と基本構成は同じであり、その入口から吸入した空気Ａｇを圧縮する。また、低圧圧縮機２１２は、圧縮部２１１の昇圧過程における第一の中間圧である中間圧縮空気Ａｉの一部または全部を、低圧圧縮機２１２の出口（第一中間段）から第一供給配管４０を介して発電モジュール２２に、また、第一供給配管４０及び分岐配管４６を介して高圧圧縮機２１３に供給するものである。なお、供給位置は高圧圧縮機２１３の圧縮過程において、低圧圧縮機２１２の出口圧力より低い位置とする。   The low-pressure compressor 212 has the same basic configuration as the low-pressure compressor 12 in the first embodiment, and compresses the air Ag sucked from the inlet. Further, the low pressure compressor 212 supplies a part or all of the intermediate compressed air Ai, which is the first intermediate pressure in the pressure increasing process of the compression unit 211, from the outlet (first intermediate stage) of the low pressure compressor 212 to the first supply pipe. The electric power is supplied to the power generation module 22 through 40, and to the high-pressure compressor 213 through the first supply pipe 40 and the branch pipe 46. The supply position is lower than the outlet pressure of the low pressure compressor 212 in the compression process of the high pressure compressor 213.

高圧圧縮機２１３は、第一実施形態における高圧圧縮機１３と基本構成はほぼ同じであるが、空気の供給源が異なっている。即ち、低圧圧縮機２１２の出口から第一供給配管４０及び分岐配管４６を介して、その入口に供給された中間圧縮空気Ａｉと、その入口を介して外部から吸入した空気Ａｇとが供給される。なお、図示しないが、高圧圧縮機２１３の外部から吸入する経路にブロワ等の昇圧機器を設けても良い。よって、第一実施形態のように、燃料電池システム２０の発電モジュール２２からの排出空気Ａｏは吸入しない。また、高圧圧縮機２１３は、その最終段出口、即ち、圧縮部２１１の出口から圧縮空気供給通路４７を介して昇圧した圧縮空気Ａｃを燃焼部２１４（高圧燃焼器２１４ａ）に供給する。   The basic configuration of the high-pressure compressor 213 is substantially the same as that of the high-pressure compressor 13 in the first embodiment, but the air supply source is different. That is, the intermediate compressed air Ai supplied to the inlet from the outlet of the low-pressure compressor 212 through the first supply pipe 40 and the branch pipe 46 and the air Ag sucked from the outside through the inlet are supplied. . Although not shown, a booster such as a blower may be provided in a path for suction from the outside of the high pressure compressor 213. Therefore, as in the first embodiment, the exhaust air Ao from the power generation module 22 of the fuel cell system 20 is not sucked. The high-pressure compressor 213 supplies the compressed air Ac that has been pressurized from its final stage outlet, that is, the outlet of the compression unit 211, through the compressed air supply passage 47 to the combustion unit 214 (high-pressure combustor 214a).

高圧燃焼器２１４ａは、第二実施形態における高圧燃焼器１１４ａと基本構成は同じであり、圧縮部２１１（高圧圧縮機２１３）の出口とタービン部２１５（高圧タービン２１５ａ）の入口との間に設けられている。また、高圧燃焼器２１４ａには、燃料Ｆｇを供給する燃料供給配管１４８ａと、高圧圧縮機２１３の出口から送り出された高圧の圧縮空気Ａｃを供給する圧縮空気供給通路４７が接続されている。また、高圧燃焼器２１４ａには、供給された燃料Ｆｇと圧縮空気Ａｃが、高圧燃焼器２１４ａにおいて燃焼することにより生成された高温高圧の燃焼ガスＧを、高圧タービン２１５ａの入口に向けて供給する第一燃焼ガス排出通路１４９ａが接続されている。   The high-pressure combustor 214a has the same basic configuration as the high-pressure combustor 114a in the second embodiment, and is provided between the outlet of the compression unit 211 (high-pressure compressor 213) and the inlet of the turbine unit 215 (high-pressure turbine 215a). It has been. The high-pressure combustor 214a is connected to a fuel supply pipe 148a that supplies fuel Fg and a compressed air supply passage 47 that supplies high-pressure compressed air Ac sent from the outlet of the high-pressure compressor 213. The high-pressure combustor 214a is supplied with high-temperature and high-pressure combustion gas G generated by combustion of the supplied fuel Fg and compressed air Ac in the high-pressure combustor 214a toward the inlet of the high-pressure turbine 215a. A first combustion gas discharge passage 149a is connected.

一方、低圧燃焼器２１４ｂは、高圧燃焼器２１４ａよりも低圧側で、かつ、低圧タービン２１５ｂの入口よりも上流側に設けられている。また、低圧燃焼器２１４ｂには、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出空気Ａｏ及び排出燃料Ｆｏをそれぞれ供給する第一排出配管２４２及び第二排出配管２４３と、燃料Ｆｇを供給する燃料供給配管１４８ｂとが接続されている。また、低圧燃焼器２１４ｂには、供給された排出空気Ａｏと排出燃料Ｆｏと燃料Ｆｇとが、低圧燃焼器２１４ｂにおいて燃焼することにより生成された燃焼ガスＧを、低圧タービン２１５ｂの入口に向けて供給する第三燃焼ガス排出通路１４９ｃが接続されている。   On the other hand, the low-pressure combustor 214b is provided on the lower pressure side than the high-pressure combustor 214a and on the upstream side of the inlet of the low-pressure turbine 215b. The low-pressure combustor 214b is supplied with the first exhaust pipe 242 and the second exhaust pipe 243 that supply the exhaust air Ao and the exhaust fuel Fo after being used for power generation in the fuel cell system 20, and the fuel Fg. The fuel supply pipe 148b is connected. In addition, in the low pressure combustor 214b, the supplied exhaust air Ao, exhaust fuel Fo, and fuel Fg are burned in the low pressure combustor 214b, and the combustion gas G generated toward the inlet of the low pressure turbine 215b. A third combustion gas discharge passage 149c to be supplied is connected.

高圧タービン２１５ａは、第一燃焼ガス排出通路１４９ａを通じて高圧燃焼器２１４ａにより生成された燃焼ガスＧの供給を受けて回転駆動力を発生させ、回転軸１６を介して、この回転駆動力を圧縮部２１１及び発電機に伝達するものである。また、高圧タービン２１５ａには、高圧タービン２１５ａを回転駆動した後の燃焼ガスＧが流入するタービン排気部１７ａが接続されている。   The high-pressure turbine 215a receives the supply of the combustion gas G generated by the high-pressure combustor 214a through the first combustion gas discharge passage 149a to generate a rotational driving force, and the rotational driving force is compressed via the rotating shaft 16 into the compression unit. 211 and the generator. The high-pressure turbine 215a is connected to a turbine exhaust part 17a into which the combustion gas G after the high-pressure turbine 215a is rotationally driven flows.

低圧タービン２１５ｂは、高圧タービン２１５ａよりも低圧側に設けられるとともに、第三燃焼ガス排出通路１４９ｃを通じて低圧燃焼器２１４ｂにより生成された燃焼ガスＧの供給を受けて回転駆動力を発生させ、回転軸１６を介して、この回転駆動力を圧縮部２１１及び発電機に伝達するものである。また、低圧タービン２１５ｂには、低圧タービン２１５ｂを回転駆動した後の燃焼ガスＧが流入するタービン排気部１７ｂが接続されている。タービン排気部１７ａ，１７ｂに流入した燃焼ガスＧは、互いに合流しながらタービン排気部１７に流入した後、排気ガスとして廃熱回収ボイラに供給されるか、または、外部に放出される。   The low-pressure turbine 215b is provided on the lower pressure side than the high-pressure turbine 215a, receives the supply of the combustion gas G generated by the low-pressure combustor 214b through the third combustion gas discharge passage 149c, generates a rotational driving force, and rotates the rotating shaft. The rotational driving force is transmitted to the compression unit 211 and the generator via 16. The low-pressure turbine 215b is connected to a turbine exhaust part 17b into which the combustion gas G after the low-pressure turbine 215b is rotationally driven flows. The combustion gas G that has flowed into the turbine exhaust portions 17a and 17b flows into the turbine exhaust portion 17 while merging with each other, and then is supplied to the waste heat recovery boiler as exhaust gas or discharged to the outside.

本実施形態によれば、高圧燃焼器２１４ａよりも低圧側となる低圧燃焼器２１４ｂに排出空気Ａｏ及び排出燃料Ｆｏを供給するため、中間圧縮空気Ａｉからの圧力損失分を考慮せずに、排出空気Ａｏを低圧燃焼器２１４ｂに送り込むことができる。これにより、また、中間圧縮空気Ａｉ及び排出空気Ａｏの昇圧が不要となる燃料電池ガスタービン複合システムを提供することができる。   According to the present embodiment, the exhaust air Ao and the exhaust fuel Fo are supplied to the low pressure combustor 214b on the lower pressure side than the high pressure combustor 214a. Air Ao can be fed into the low pressure combustor 214b. As a result, it is possible to provide a fuel cell gas turbine combined system that eliminates the need for boosting the intermediate compressed air Ai and the exhaust air Ao.

「第四実施形態」
次に、本発明に係る燃料電池ガスタービン複合システムの第四実施形態について、図５を参照して説明する。 "Fourth embodiment"
Next, a fourth embodiment of the fuel cell gas turbine combined system according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態の燃料電池ガスタービン複合システムは、第一実施形態とは、ガスタービンシステムの圧縮部、燃焼部及びタービン部と、第一排出配管及び第二排出配管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いて、圧縮部、燃焼部、タービン部、第一排出配管及び第二排出配管の周辺のみを説明することとし、第一実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。   The fuel cell gas turbine combined system of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the compression section, the combustion section, and the turbine section of the gas turbine system, and the first discharge pipe and the second discharge pipe. Therefore, in this embodiment, only the periphery of the compression section, the combustion section, the turbine section, the first discharge pipe and the second discharge pipe will be described with reference to FIG. Are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図５は、本実施形態に係る燃料電池ガスタービン複合システム３０１の概略構成を示す模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the combined fuel cell gas turbine system 301 according to the present embodiment.

燃料電池ガスタービン複合システム３０１におけるガスタービンシステム３１０には、図５に示すように、圧縮部３１１、燃焼部３１４及びタービン部３１５が設けられている。
圧縮部３１１には、低圧圧縮機３１２及び高圧圧縮機３１３が設けられている。また、燃焼部３１４には、高圧燃焼器３１４ａ及び低圧燃焼器３１４ｂが設けられている。また、タービン部３１５には、高圧タービン３１５ａ及び低圧タービン３１５ｂが設けられている。 As shown in FIG. 5, the gas turbine system 310 in the fuel cell gas turbine combined system 301 includes a compression unit 311, a combustion unit 314, and a turbine unit 315.
The compression unit 311 is provided with a low-pressure compressor 312 and a high-pressure compressor 313. Further, the combustion section 314 is provided with a high pressure combustor 314a and a low pressure combustor 314b. The turbine section 315 is provided with a high pressure turbine 315a and a low pressure turbine 315b.

なお、圧縮部３１１の低圧圧縮機３１２及び高圧圧縮機３１３と、燃焼部３１４の高圧燃焼器３１４ａ及び低圧燃焼器３１４ｂと、タービン部３１５の高圧タービン３１５ａ及び低圧タービン３１５ｂとしては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。   The low-pressure compressor 312 and the high-pressure compressor 313 of the compression unit 311, the high-pressure combustor 314 a and the low-pressure combustor 314 b of the combustion unit 314, and the high-pressure turbine 315 a and the low-pressure turbine 315 b of the turbine unit 315 have known configurations. It can be used and is not particularly limited.

低圧圧縮機３１２、高圧圧縮機３１３、高圧燃焼器３１４ａ及び高圧タービン３１５ａは、第三実施形態における低圧圧縮機２１２、高圧圧縮機２１３、高圧燃焼器２１４ａ及び高圧タービン２１５ａと同じ構成であるため、その説明は省略する。   The low-pressure compressor 312, the high-pressure compressor 313, the high-pressure combustor 314a, and the high-pressure turbine 315a have the same configuration as the low-pressure compressor 212, high-pressure compressor 213, high-pressure combustor 214a, and high-pressure turbine 215a in the third embodiment. The description is omitted.

一方、低圧燃焼器３１４ｂは、高圧燃焼器３１４ａよりも低圧側で、かつ、低圧タービン３１５ｂの最終段出口、即ち、タービン部３１５の最終段出口よりも下流側に設けられている。また、低圧燃焼器３１４ｂには、高圧タービン３１５ａから排出された燃焼ガスＧと低圧タービン３１５ｂから排出された排出空気Ａｏとの混合流体を供給するタービン排気部１７ｃと、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出燃料Ｆｏを供給する第二排出配管３４３と、燃料Ｆｇを供給する燃料供給配管１４８ｂとが接続されている。また、低圧燃焼器３１４ｂには、供給された燃焼ガスＧ、排出空気Ａｏ、排出燃料Ｆｏ及び燃料Ｆｇが、低圧燃焼器３１４ｂにおいて燃焼することにより生成された燃焼ガスＧを、排気ガスとして下流側に設けられた廃熱回収ボイラに向けて供給するタービン排気部１７が接続されている。また、廃熱回収ボイラにて熱回収された燃焼ガスＧは、その後、煙突などを介して外部に放出される。   On the other hand, the low-pressure combustor 314b is provided on the lower pressure side than the high-pressure combustor 314a and on the downstream side of the final stage outlet of the low-pressure turbine 315b, that is, the final stage outlet of the turbine unit 315. The low pressure combustor 314b includes a turbine exhaust part 17c that supplies a mixed fluid of the combustion gas G discharged from the high pressure turbine 315a and the exhaust air Ao discharged from the low pressure turbine 315b, and power generation in the fuel cell system 20. The second exhaust pipe 343 that supplies the exhausted fuel Fo after being used for the fuel is connected to the fuel supply pipe 148b that supplies the fuel Fg. In addition, the low-pressure combustor 314b has the combustion gas G, the exhaust air Ao, the exhaust fuel Fo, and the fuel Fg that are supplied by the combustion in the low-pressure combustor 314b as exhaust gas. A turbine exhaust unit 17 is connected to supply to a waste heat recovery boiler provided in the plant. Moreover, the combustion gas G heat-recovered by the waste heat recovery boiler is then released to the outside through a chimney or the like.

本実施形態の場合、低圧燃焼器３１４ｂでの燃焼により生成された燃焼ガスＧ（排気ガス）の熱エネルギーは、下流側に設けられた廃熱回収ボイラにより熱回収されるが、ガスタービンシステム３１０の回転駆動には寄与しない。しかし、前述のように、廃熱回収ボイラにて回収した熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気によって蒸気タービン及び発電機を回転駆動させることで、更に発電効率を向上させることができる。   In the present embodiment, the heat energy of the combustion gas G (exhaust gas) generated by the combustion in the low-pressure combustor 314b is recovered by the waste heat recovery boiler provided on the downstream side, but the gas turbine system 310 It does not contribute to the rotational drive. However, as described above, it is possible to further improve the power generation efficiency by generating steam using the thermal energy recovered by the waste heat recovery boiler and rotating the steam turbine and the generator with the steam. .

また、低圧タービン３１５ｂは、高圧タービン３１５ａよりも低圧側に設けられるとともに、第一排出配管３４２を通じて燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出空気Ａｏの供給を受けて回転駆動力を発生させ、回転軸１６を介して、この回転駆動力を圧縮部３１１及び発電機に伝達するものである。また、低圧タービン３１５ｂには、低圧タービン３１５ｂを回転駆動した後の排出空気Ａｏが流入するタービン排気部１７ｂが接続されている。   The low-pressure turbine 315b is provided on the lower pressure side than the high-pressure turbine 315a, and receives the supply of exhaust air Ao after being used for power generation in the fuel cell system 20 through the first exhaust pipe 342, and generates rotational driving force. The rotational driving force is transmitted to the compression unit 311 and the generator via the rotating shaft 16. The low pressure turbine 315b is connected to a turbine exhaust part 17b into which exhaust air Ao flows after the low pressure turbine 315b is rotationally driven.

高圧タービン３１５ａからタービン排気部１７ａに流入した燃焼ガスＧと、低圧タービン３１５ｂからタービン排気部１７ｂに流入した排出空気Ａｏは、互いに合流しながらタービン排気部１７ｃに流入した後、低圧燃焼器３１４ｂに供給される。タービン排気部１７ｃは、燃焼ガスＧと排出空気Ａｏとの混合流体、所謂、排気ガスを低圧燃焼器３１４ｂに導く配管または通路である。   The combustion gas G flowing into the turbine exhaust part 17a from the high pressure turbine 315a and the exhaust air Ao flowing into the turbine exhaust part 17b from the low pressure turbine 315b flow into the turbine exhaust part 17c while merging with each other, and then enter the low pressure combustor 314b. Supplied. The turbine exhaust part 17c is a pipe or passage that guides the mixed fluid of the combustion gas G and the exhaust air Ao, so-called exhaust gas, to the low-pressure combustor 314b.

本実施形態によれば、高圧タービン３１５ａよりも低圧側となる低圧タービン３１５ｂに排出空気Ａｏを供給するため、第三実施形態において得られる作用効果と同様に、中間圧縮空気Ａｉからの圧力損失分を考慮せずに、排出空気Ａｏを低圧タービン３１５ｂに送り込むことができる。これにより、中間圧縮空気Ａｉ及び排出空気Ａｏの昇圧が不要となる燃料電池ガスタービン複合システムを提供することができる。   According to the present embodiment, the exhaust air Ao is supplied to the low-pressure turbine 315b on the lower pressure side than the high-pressure turbine 315a, so that the amount of pressure loss from the intermediate compressed air Ai is the same as in the third embodiment. The exhaust air Ao can be sent to the low pressure turbine 315b without considering the above. As a result, it is possible to provide a combined fuel cell gas turbine system that does not require boosting of the intermediate compressed air Ai and the exhaust air Ao.

また、本実施形態によれば、低圧タービン３１５ｂの最終段出口よりも下流側に設けられた低圧燃焼器３１４ｂに排出燃料Ｆｏを供給するため、排出燃料Ｆｏを低圧燃焼器３１４ｂに送り込むために必要な圧力の制約が小さくなり、圧力をより低くすることができる。これにより、排出燃料Ｆｏを昇圧を必要とせず低圧燃焼器３１に直接供給することができる。   Further, according to the present embodiment, the exhaust fuel Fo is supplied to the low pressure combustor 314b provided on the downstream side of the final stage outlet of the low pressure turbine 315b, so that it is necessary to send the exhaust fuel Fo to the low pressure combustor 314b. The pressure restriction is reduced and the pressure can be lowered. As a result, the discharged fuel Fo can be directly supplied to the low-pressure combustor 31 without the need for increasing the pressure.

なお、本発明の技術範囲は上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更や組合せを加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、燃料電池システム２０に用いる燃料電池として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｃｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を一例に挙げて説明したが、必ずしもこの限りである必要はなく、他の形式の燃料電池システム及び燃料電池であってもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and combinations can be added without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example of the fuel cell used in the fuel cell system 20, but this need not necessarily be the case. This type of fuel cell system and fuel cell may be used.

また、上記実施形態では、中間圧縮空気Ａｉが抽気される圧縮部１１，２１１，３１１の昇圧過程における第一の中間圧（第一中間段）の位置を、低圧圧縮機１２，２１２，３１２の出口として説明したが、必ずしもこの限りである必要はなく、圧縮部１１，２１１，３１１の途中、即ち、圧縮部１１，２１１，３１１の入口よりも下流側で、かつ、出口よりも上流側の中間圧（中間段）の位置であればどこでもよい。例えば、第一中間段は低圧圧縮機または高圧圧縮機の中間圧位置、即ち、入口より下流で出口より上流の位置であればどこでもよい。   Moreover, in the said embodiment, the position of the 1st intermediate pressure (1st intermediate | middle stage) in the pressure | voltage rise process of the compression parts 11,211,311 from which the intermediate | middle compressed air Ai is extracted is made into the low pressure compressor 12,212,312. Although described as an outlet, this need not necessarily be the case, and it is not necessarily in the middle of the compression parts 11, 211, 311, that is, downstream of the inlets of the compression parts 11, 211, 311 and upstream of the outlets. It may be anywhere as long as it is at the intermediate pressure (intermediate stage) position. For example, the first intermediate stage may be at any intermediate pressure position of the low-pressure compressor or the high-pressure compressor, that is, a position downstream from the inlet and upstream from the outlet.

同様に、第一実施形態及び第二実施形態のように、排出空気Ａｏが供給される圧縮部１１の昇圧過程における第二の中間圧（第二中間段）の位置は、必ずしも高圧圧縮機１３の入口である必要はなく、圧縮部１１の入口よりも下流側で、かつ、出口よりも上流側の中間圧（中間段）の位置であればどこでもよい。例えば、第二中間段は低圧圧縮機または高圧圧縮機の中間圧位置、即ち、入口より下流で出口より上流の位置であればどこでもよい。   Similarly, as in the first embodiment and the second embodiment, the position of the second intermediate pressure (second intermediate stage) in the pressurization process of the compression unit 11 to which the exhaust air Ao is supplied is not necessarily the high pressure compressor 13. There is no need to be an inlet, and any position may be used as long as the intermediate pressure (intermediate stage) is located downstream from the inlet of the compression unit 11 and upstream from the outlet. For example, the second intermediate stage may be any intermediate pressure position of the low-pressure compressor or the high-pressure compressor, that is, a position downstream from the inlet and upstream from the outlet.

なお、この場合の流体の流れ方向における第一中間段と第二中間段との前後関係、換言すれば、第一の中間圧と第二の中間圧との大小関係は、圧力の低い方が圧縮部１１のうちの上流側（低圧側）に、圧力の高い方が圧縮部１１のうちの下流側（高圧側）に位置するように設定すればよい。また、必要に応じて、ブロワ５１，５４等により中間圧縮空気Ａｉや排出空気Ａｏを昇圧してもよい。例えば、燃料電池システム２０から排出された排出空気Ａｏが中間圧縮空気Ａｉよりも圧力が低い場合は、ブロワを設けずに第一中間段よりも上流の低圧側に設けた第二中間段にて排出空気Ａｏを供給してもよいし、あるいは、ブロワ５４によって中間圧縮空気Ａｉよりも高い圧力に昇圧した排出空気Ａｏを、第一中間段よりも下流の高圧側に設けた第二中間段にて供給してもよい。一方、燃料電池システム２０から排出された排出空気Ａｏが中間圧縮空気Ａｉよりも圧力が高い場合は、ブロワを設けずに第一中間段よりも下流の高圧側に設けた第二中間段にて排出空気Ａｏを供給すればよい。   In this case, the front-rear relationship between the first intermediate stage and the second intermediate stage in the fluid flow direction, in other words, the magnitude relationship between the first intermediate pressure and the second intermediate pressure, the lower the pressure is. What is necessary is just to set so that the one where a pressure is higher may be located in the upstream (low pressure side) of the compression parts 11 in the downstream (high pressure side) of the compression parts 11. Moreover, you may pressurize intermediate | middle compressed air Ai and exhaust air Ao by the blowers 51 and 54 etc. as needed. For example, when the exhaust air Ao discharged from the fuel cell system 20 has a lower pressure than the intermediate compressed air Ai, the second intermediate stage provided on the low pressure side upstream of the first intermediate stage without providing a blower. The exhaust air Ao may be supplied, or the exhaust air Ao that has been pressurized to a pressure higher than the intermediate compressed air Ai by the blower 54 is supplied to the second intermediate stage provided on the high-pressure side downstream from the first intermediate stage. May be supplied. On the other hand, when the pressure of the discharged air Ao discharged from the fuel cell system 20 is higher than that of the intermediate compressed air Ai, the second intermediate stage provided on the high-pressure side downstream from the first intermediate stage without providing a blower. What is necessary is just to supply exhaust air Ao.

また、上記実施形態では、圧縮部１１，２１１，３１１は、低圧圧縮機１２，２１２，３１２及び高圧圧縮機１３，２１３，３１３の２つの圧縮機によって構成されていると説明したが、必ずしもこの限りである必要はなく、１つの圧縮機、または、３つ以上の圧縮機によって圧縮部１１，２１１，３１１を構成してもよい。また、低圧圧縮機及び高圧圧縮機のそれぞれが更に複数の圧縮機によって構成されていてもよい。   In the above embodiment, the compression units 11, 211, 311 have been described as being constituted by two compressors, the low pressure compressors 12, 212, 312 and the high pressure compressors 13, 213, 313. The compression units 11, 211, and 311 may be configured by one compressor or three or more compressors. Further, each of the low-pressure compressor and the high-pressure compressor may be configured by a plurality of compressors.

同様に、上記実施形態では、燃焼部１４，１１４，２１４，３１４は、１つの燃焼器１４、または、２つの高圧燃焼器１１４ａ，２１４ａ，３１４ａ及び低圧燃焼器１１４ｂ，２１４ｂ，３１４ｂによって構成されていると説明したが、必ずしもこの限りである必要はなく、３つ以上の燃焼器によって燃焼部１４，１１４，２１４，３１４を構成してもよい。また、低圧燃焼器及び高圧燃焼器のそれぞれが更に複数の燃焼器によって構成されていてもよい。   Similarly, in the above-described embodiment, the combustion unit 14, 114, 214, 314 is configured by one combustor 14, or two high-pressure combustors 114a, 214a, 314a and low-pressure combustors 114b, 214b, 314b. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the combustion units 14, 114, 214, and 314 may be configured by three or more combustors. Further, each of the low pressure combustor and the high pressure combustor may be configured by a plurality of combustors.

同様に、上記実施形態では、タービン部１５，１１５，２１５，３１５は、１つのタービン１５、または、２つの高圧タービン１１５ａ，２１５ａ，３１５ａ及び低圧タービン１１５ｂ，２１５ｂ，３１５ｂによって構成されていると説明したが、必ずしもこの限りである必要はなく、３つ以上のタービンによってタービン部１５，１１５，２１５，３１５を構成してもよい。また、低圧タービン及び高圧タービンのそれぞれが更に複数のタービンによって構成されていてもよい。   Similarly, in the above-described embodiment, the turbine sections 15, 115, 215, and 315 are described as being configured by one turbine 15, or two high-pressure turbines 115a, 215a, and 315a and low-pressure turbines 115b, 215b and 315b. However, this need not always be the case, and the turbine sections 15, 115, 215, and 315 may be configured by three or more turbines. Further, each of the low pressure turbine and the high pressure turbine may be configured by a plurality of turbines.

例えば、図６に示す「第四実施形態の変形例」のように、３つの燃焼器によって燃焼部４１４を構成してもよい。即ち、本変形例の燃料電池ガスタービン複合システム４０１では、ガスタービンシステム４１０の燃焼部４１４として、第四実施形態における高圧燃焼器３１４ａ及び低圧燃焼器３１４ｂと同じ構成である高圧燃焼器４１４ａ及び低圧燃焼器４１４ｂに加えて、中圧燃焼器４１４ｃを更に設けることができる。詳述すれば、中圧燃焼器４１４ｃを、高圧燃焼器４１４ａよりも低圧側、かつ、低圧燃焼器４１４ｂよりも高圧側の中圧位置であり、低圧タービン３１５ｂの入口よりも上流側の位置に設けることができる。また、中圧燃焼器４１４ｃには、燃料電池システム２０での発電に用いられた後の排出空気Ａｏを供給する第一排出配管３４２と、燃料Ｆｇを供給する燃料供給配管１４８ｃとを接続できる。また、中圧燃焼器４１４ｃには、供給された排出空気Ａｏ及び燃料Ｆｇが、中圧燃焼器４１４ｃにおいて燃焼することにより生成された燃焼ガスＧを、低圧タービン３１５ｂの入口に向けて供給する第四燃焼ガス排出通路１４９ｄを接続できる。   For example, the combustion unit 414 may be configured by three combustors as in a “variation example of the fourth embodiment” illustrated in FIG. 6. That is, in the fuel cell gas turbine combined system 401 of this modification, the high-pressure combustor 414a and the low-pressure combustor 414a having the same configuration as the high-pressure combustor 314a and low-pressure combustor 314b in the fourth embodiment are used as the combustion unit 414 of the gas turbine system 410. In addition to the combustor 414b, an intermediate pressure combustor 414c may be further provided. More specifically, the intermediate pressure combustor 414c is located at a lower pressure side than the high pressure combustor 414a, an intermediate pressure position higher than the low pressure combustor 414b, and upstream of the inlet of the low pressure turbine 315b. Can be provided. The intermediate pressure combustor 414c can be connected to a first exhaust pipe 342 that supplies exhaust air Ao after being used for power generation in the fuel cell system 20, and a fuel supply pipe 148c that supplies fuel Fg. The intermediate pressure combustor 414c is supplied with a combustion gas G generated by combustion of the supplied exhaust air Ao and fuel Fg in the intermediate pressure combustor 414c toward the inlet of the low pressure turbine 315b. Four combustion gas discharge passages 149d can be connected.

また、上記の第二実施形態乃至第四実施形態（変形例を含む）では、圧縮部１１，２１１，３１１及びタービン部１１５，２１５，３１５が、それぞれ低圧側と高圧側の２つに分けられているのに対して、これらは１つの回転軸１６によって連結されていた。しかしながら、必ずしもこの限りである必要はなく、２つの回転軸、即ち、低圧回転軸及び高圧回転軸によって各々を連結させてもよい。詳述すれば、低圧圧縮機と低圧タービンとを低圧回転軸により連結するとともに、高圧圧縮機と高圧タービンとを高圧回転軸により連結することができる。
更には、圧縮部及びタービン部のそれぞれが、例えば、高圧側、中圧側、低圧側の３つに分けられている場合は、１つの回転軸で全てを連結してもよいし、２つまたは３つの回転軸で各々を連結してもよい。
なお、これら１つまたは複数の回転軸の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。 Moreover, in said 2nd embodiment thru | or 4th embodiment (a modification is included), compression part 11,211,311 and turbine part 115,215,315 are divided into two, a low pressure side and a high pressure side, respectively. In contrast, they are connected by a single rotating shaft 16. However, this need not necessarily be the case, and each of them may be connected by two rotating shafts, that is, a low-pressure rotating shaft and a high-pressure rotating shaft. Specifically, the low-pressure compressor and the low-pressure turbine can be connected by a low-pressure rotating shaft, and the high-pressure compressor and the high-pressure turbine can be connected by a high-pressure rotating shaft.
Furthermore, when each of the compression section and the turbine section is divided into, for example, a high pressure side, an intermediate pressure side, and a low pressure side, all may be connected by one rotating shaft, or two or You may connect each with three rotating shafts.
In addition, as a structure of these one or several rotating shafts, a well-known structure can be used and it does not specifically limit.

１ 燃料電池ガスタービン複合システム（発電システム）
１０１ 燃料電池ガスタービン複合システム（発電システム）
１０２ 燃料電池ガスタービン複合システム（発電システム）
２０１ 燃料電池ガスタービン複合システム（発電システム）
３０１ 燃料電池ガスタービン複合システム（発電システム）
４０１ 燃料電池ガスタービン複合システム（発電システム）
１０ ガスタービンシステム
１１０ ガスタービンシステム
２１０ ガスタービンシステム
３１０ ガスタービンシステム
４１０ ガスタービンシステム
１１ 圧縮部
２１１ 圧縮部
３１１ 圧縮部
１２ 低圧圧縮機
２１２ 低圧圧縮機
３１２ 低圧圧縮機
１３ 高圧圧縮機
２１３ 高圧圧縮機
３１３ 高圧圧縮機
１４ 燃焼部
１１４ 燃焼部
２１４ 燃焼部
３１４ 燃焼部
４１４ 燃焼部
１１４ａ 高圧燃焼器
２１４ａ 高圧燃焼器
３１４ａ 高圧燃焼器
４１４ａ 高圧燃焼器
１１４ｂ 低圧燃焼器
２１４ｂ 低圧燃焼器
３１４ｂ 低圧燃焼器
４１４ｂ 低圧燃焼器
１５ タービン部
１１５ タービン部
２１５ タービン部
３１５ タービン部
１１５ａ 高圧タービン
２１５ａ 高圧タービン
３１５ａ 高圧タービン
１１５ｂ 低圧タービン
２１５ｂ 低圧タービン
３１５ｂ 低圧タービン
１６ 回転軸
１７ タービン排気部
１７ａ タービン排気部
１７ｂ タービン排気部
１７ｃ タービン排気部
２０ 燃料電池システム
２１ 耐圧容器
２２ 発電モジュール
３０ 電池用燃料供給部
４０ 第一供給配管（中間圧縮空気供給配管）
４１ 第二供給配管（電池用燃料供給配管）
４２ 第一排出配管（排出空気排出配管）
６０ 排熱回収装置
２４２ 第一排出配管（排出空気排出配管）
３４２ 第一排出配管（排出空気排出配管）
４３ 第二排出配管（排出燃料排出配管）
１４３ 第二排出配管（排出燃料排出配管）
２４３ 第二排出配管（排出燃料排出配管）
３４３ 第二排出配管（排出燃料排出配管）
４４ 再循環配管
４５ ベント配管
４６ 分岐配管
Ａｇ 空気
Ａｉ 中間圧縮空気
Ａｃ 圧縮空気
Ａｏ 排出空気
Ｆｇ 燃料
Ｆｃ 電池用燃料
Ｆｏ 排出燃料
Ｇ 燃焼ガス 1 Fuel cell gas turbine combined system (power generation system)
101 Fuel cell gas turbine combined system (power generation system)
102 Fuel cell gas turbine combined system (power generation system)
201 Fuel cell gas turbine combined system (power generation system)
301 Fuel cell gas turbine combined system (power generation system)
401 Fuel cell gas turbine combined system (power generation system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas turbine system 110 Gas turbine system 210 Gas turbine system 310 Gas turbine system 410 Gas turbine system 11 Compressor 211 Compressor 311 Compressor 12 Low pressure compressor 212 Low pressure compressor 312 Low pressure compressor 13 High pressure compressor 213 High pressure compressor 313 High pressure compressor 14 Combustion section 114 Combustion section 214 Combustion section 314 Combustion section 414 Combustion section 114a High pressure combustor 214a High pressure combustor 314a High pressure combustor 414a Low pressure combustor 114b Low pressure combustor 314b Low pressure combustor 414b Low pressure combustor 15 turbine part 115 turbine part 215 turbine part 315 turbine part 115a high pressure turbine 215a high pressure turbine 315a high pressure turbine 115b low pressure turbine 215b low pressure turbine 315b low pressure turbine 16 Rotating shaft 17 Turbine exhaust part 17a Turbine exhaust part 17b Turbine exhaust part 17c Turbine exhaust part 20 Fuel cell system 21 Pressure vessel 22 Power generation module 30 Battery fuel supply part 40 First supply pipe (intermediate compressed air supply pipe)
41 Second supply pipe (battery fuel supply pipe)
42 First exhaust pipe (exhaust air exhaust pipe)
60 Waste heat recovery device 242 First exhaust pipe (exhaust air exhaust pipe)
342 First exhaust pipe (exhaust air exhaust pipe)
43 Second discharge pipe (exhaust fuel discharge pipe)
143 Second discharge pipe (exhaust fuel discharge pipe)
243 Second discharge pipe (exhaust fuel discharge pipe)
343 Second discharge pipe (exhaust fuel discharge pipe)
44 Recirculation Piping 45 Vent Piping 46 Branch Piping Ag Air Ai Intermediate Compressed Air Ac Compressed Air Ao Exhaust Air Fg Fuel Fc Battery Fuel Fo Exhaust Fuel G Combustion Gas

Claims (11)

空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮部と、
該圧縮部で生成された前記圧縮空気と燃料とから燃焼ガスを生成する燃焼部と、
該燃焼部で生成された前記燃焼ガスで回転駆動するタービン部と、
を有するガスタービンシステムと、
前記圧縮部の昇圧過程における第一中間段で抽気された中間圧縮空気と電池用燃料とにより発電を行う燃料電池システムと、を備え、
前記燃料電池システムから排出される排出空気を、前記圧縮部の昇圧過程における前記第一中間段よりも後段側の第二中間段に供給することを特徴とする発電システム。 A compression unit that compresses air to generate compressed air;
A combustion section that generates combustion gas from the compressed air and fuel generated by the compression section;
A turbine section that is rotationally driven by the combustion gas generated in the combustion section;
A gas turbine system comprising:
A fuel cell system that generates power from the intermediate compressed air extracted in the first intermediate stage and the fuel for the battery in the pressurizing process of the compression unit,
A power generation system, wherein exhaust air discharged from the fuel cell system is supplied to a second intermediate stage downstream of the first intermediate stage in the pressurizing process of the compression unit. 前記排出空気を、前記圧縮部の昇圧過程における前記第一中間段よりも後段側の第二中間段に供給する過程において、排熱回収装置を設けることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。   2. The power generation according to claim 1, wherein an exhaust heat recovery device is provided in a process of supplying the exhaust air to a second intermediate stage that is subsequent to the first intermediate stage in the pressurizing process of the compression unit. system. 前記燃焼部は、
前記圧縮部の出口と前記タービン部の入口との間に設けられ高圧燃焼器と、
該高圧燃焼器よりも低圧側に設けられた低圧燃焼器と
を有し、
前記燃料電池システムから排出される排出燃料を前記低圧燃焼器に供給することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。 The combustion part is
A high-pressure combustor provided between an outlet of the compression section and an inlet of the turbine section;
A low-pressure combustor provided on the low-pressure side of the high-pressure combustor,
The power generation system according to claim 2, wherein exhaust fuel discharged from the fuel cell system is supplied to the low-pressure combustor. 前記タービン部は、高圧タービンと低圧タービンとを有し、
前記低圧燃焼器は、該高圧タービンと該低圧タービンとの間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。 The turbine section includes a high pressure turbine and a low pressure turbine,
The power generation system according to claim 3 , wherein the low-pressure combustor is provided between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. 前記低圧燃焼器は、前記タービン部よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。 The power generation system according to claim 3 , wherein the low-pressure combustor is provided downstream of the turbine unit. 空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮部と、  A compression unit that compresses air to generate compressed air;
該圧縮部で生成された前記圧縮空気と燃料とから燃焼ガスを生成する燃焼部と、  A combustion section that generates combustion gas from the compressed air and fuel generated by the compression section;
該燃焼部で生成された前記燃焼ガスで回転駆動するタービン部と、  A turbine section that is rotationally driven by the combustion gas generated in the combustion section;
を有するガスタービンシステムと、A gas turbine system comprising:
前記圧縮部の昇圧過程における第一中間段で抽気された中間圧縮空気と電池用燃料とにより発電を行う燃料電池システムと、を備え、  A fuel cell system that generates power from the intermediate compressed air extracted in the first intermediate stage and the fuel for the battery in the pressurizing process of the compression unit,
前記燃焼部は、  The combustion part is
前記圧縮部の出口と前記タービン部の入口との間に設けられた高圧燃焼器と、  A high-pressure combustor provided between an outlet of the compression section and an inlet of the turbine section;
該高圧燃焼器よりも低圧側に設けられた低圧燃焼器と  A low pressure combustor provided on a lower pressure side than the high pressure combustor;
を有し、Have
前記燃料電池システムから排出される排出空気を前記低圧燃焼器に供給することを特徴とする発電システム。  A power generation system, wherein exhaust air discharged from the fuel cell system is supplied to the low-pressure combustor. 前記燃料電池システムから排出される排出燃料を前記低圧燃焼器に供給することを特徴とする請求項６に記載の発電システム。  The power generation system according to claim 6, wherein exhaust fuel discharged from the fuel cell system is supplied to the low-pressure combustor. 前記タービン部は、高圧タービンと低圧タービンとを有し、  The turbine section includes a high pressure turbine and a low pressure turbine,
前記低圧燃焼器は、該高圧タービンと該低圧タービンとの間に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の発電システム。  The power generation system according to claim 6 or 7, wherein the low-pressure combustor is provided between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. 前記低圧燃焼器は、前記タービン部よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の発電システム。  The power generation system according to any one of claims 6 to 8, wherein the low-pressure combustor is provided downstream of the turbine unit. 前記電池用燃料を前記燃料電池システムに供給する電池用燃料供給部と前記燃料電池システムとを接続する電池用燃料供給配管と、
前記燃料電池システムと前記燃焼部とを接続する排出燃料排出配管と、
を接続する再循環配管を設けたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の発電システム。 A battery fuel supply pipe for connecting the fuel cell system to the fuel cell system for supplying the fuel for the battery to the fuel cell system; and
An exhaust fuel discharge pipe connecting the fuel cell system and the combustion section;
The power generation system according to any one of claims 1 to 9 , further comprising a recirculation pipe that connects the two. 前記ガスタービンシステムは、
前記圧縮部と前記燃焼部と前記タービン部とを有するガスタービンと、
該ガスタービンの排気ガスにより蒸気を生成する廃熱回収ボイラと、
該廃熱回収ボイラで生成された前記蒸気で回転駆動する蒸気タービンと、
を組み合わせたガスタービン蒸気タービン複合システムであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の発電システム。 The gas turbine system includes:
A gas turbine having the compression section, the combustion section, and the turbine section;
A waste heat recovery boiler that generates steam from the exhaust gas of the gas turbine;
A steam turbine that is rotationally driven by the steam generated by the waste heat recovery boiler;
The power generation system according to any one of claims 1 to 10 , wherein the power generation system is a combined gas turbine steam turbine system.
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