JPH065292A - Co-generating apparatus with gas turbine and fuel cell - Google Patents

Co-generating apparatus with gas turbine and fuel cell

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JPH065292A
JPH065292A JP4157090A JP15709092A JPH065292A JP H065292 A JPH065292 A JP H065292A JP 4157090 A JP4157090 A JP 4157090A JP 15709092 A JP15709092 A JP 15709092A JP H065292 A JPH065292 A JP H065292A
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JP
Japan
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fuel cell
exhaust gas
gas turbine
fuel
gas
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Application number
JP4157090A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyomi Wada
清美 和田
Yasuyuki Harufuji
泰之 春藤
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To effectively recover the heat of a high temperature waste gas by installing a solid electrolytic fuel cell which can recover the heat of a high temperature waste gas together with a high temperature gas turbine power generating apparatus which discharges the waste gas. CONSTITUTION:A heat-exchanging part 12 is installed in a waste gas duct 6 of a high temperature gas turbine 2. Heat exchange is carried out between the high temperature waste gas of the gas turbine 2 which flows in the waste gas duct 6 and the fuel to be supplied to a solid electrolytic fuel cell 5 in the heat-exchanging part 12, so that the fuel cell is heated to the temperature near the operation temperature and with separately supplied air, the battery reaction is carried out to generate power.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、開放型ガスタービンに
より駆動される発電機により発電するとともに、このガ
スタービンの排ガスの熱により反応ガス及び固体電解質
燃料電池を加熱し、電池反応を起こさせて発電するガス
タービン,燃料電池の併設発電装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generates electric power by a generator driven by an open type gas turbine and heats a reaction gas and a solid electrolyte fuel cell by heat of exhaust gas of the gas turbine to cause a cell reaction. The present invention relates to a gas turbine that generates electricity by generating electricity, and a combined generator for a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の開放型のガスタービンと発電機と
を組合わせてなるガスタービン発電装置において、ガス
タービンの排ガスの温度は700℃以下であるので、ガ
スタービンの後段に高温腐食をあまり考慮しないでよい
材料からなる熱回収手段、例えば廃熱ボイラ等を配設
し、排ガスの廃熱を回収している。
2. Description of the Related Art In a conventional gas turbine power generator which is a combination of an open type gas turbine and a generator, the temperature of the exhaust gas of the gas turbine is 700 ° C. or lower, so that high temperature corrosion is less likely to occur in the latter stage of the gas turbine. A heat recovery means made of a material that need not be taken into consideration, such as a waste heat boiler, is provided to recover the waste heat of the exhaust gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年ガスタービン発電
装置において、ガスタービンの主要部をセラミック化す
ることにより、燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより運転温
度約1350℃でタービンを駆動して発電効率を高める
高温ガスタービンが公知であり、各方面で研究開発が進
められている。
In recent years, in a gas turbine power generator, the main part of the gas turbine is made ceramic so that the combustion gas burned in the combustor drives the turbine at an operating temperature of about 1350 ° C. to improve power generation efficiency. High-temperature gas turbines for boosting are known, and research and development are being advanced in various fields.

【0004】ところで前記の高温ガスタービンの排ガス
温度は従来のものに比べて大幅に高く、900℃以上に
なる。したがってこの排ガスの熱を従来の廃熱ボイラ等
で回収するのは高温腐食の点から困難である。しかしな
がら、近年開発が進められている固体電解質燃料電池は
運転温度が900℃領域の温度であるので、固体電解質
燃料電池により前記高温ガスタービンの高温の排ガスの
熱を回収できることに着目した。
By the way, the exhaust gas temperature of the above-mentioned high temperature gas turbine is significantly higher than that of the conventional one and reaches 900 ° C. or higher. Therefore, it is difficult to recover the heat of this exhaust gas with a conventional waste heat boiler or the like from the viewpoint of high temperature corrosion. However, since the solid electrolyte fuel cell, which has been developed in recent years, has an operating temperature in the 900 ° C. range, it was noted that the solid electrolyte fuel cell can recover the heat of the high temperature exhaust gas of the high temperature gas turbine.

【0005】本発明の目的は、ガスタービン発電装置に
固体電解質燃料電池を併設することにより、高温ガスタ
ービンからの高温の排ガスの熱を回収できるガスタービ
ン,燃料電池の併設発電装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a gas turbine / fuel cell combined power generator capable of recovering the heat of high-temperature exhaust gas from a high temperature gas turbine by installing a solid electrolyte fuel cell in the gas turbine power generator. Is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより駆
動されるガスタービンと、このタービンにより駆動され
る発電機と、燃料と空気とが供給されて発電する固体電
解質体を有する燃料電池と、ガスタービンから排出され
る高温の排ガスにより前記燃料と空気との少なくとも一
方を加熱する加熱器とを備えてガスタービン,燃料電池
の併設発電装置を構成するものとする。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a gas turbine driven by combustion gas burned in a combustor, a generator driven by this turbine, fuel and air are used. And a fuel cell having a solid electrolyte body for generating power by supplying the gas turbine and a heater for heating at least one of the fuel and the air by high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine. It shall constitute a power generator.

【0007】なお、前記燃料又は空気を加熱する加熱器
はガスタービンからの高温の排ガスが導かれる排ガスダ
クト内に前記燃料と空気とがそれぞれ流れ、排ガスの熱
が伝熱する伝熱管を備える熱交換部を配設するものとす
る。また固体電解質体を有する燃料電池から排出する排
ガスをガスタービンからの高温の排ガスが導かれる排ガ
スダクトに導く排ガス排出管を設けるものとする。
In the heater for heating the fuel or air, the fuel and the air respectively flow in the exhaust gas duct through which the high temperature exhaust gas from the gas turbine is introduced, and the heat provided with the heat transfer tube for transferring the heat of the exhaust gas. An exchange unit shall be provided. Further, an exhaust gas discharge pipe is provided for guiding the exhaust gas discharged from the fuel cell having the solid electrolyte body to the exhaust gas duct through which the high temperature exhaust gas from the gas turbine is guided.

【0008】また、ガスタービン,燃料電池の併設発電
装置は、燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより駆動されるガ
スタービンと、このタービンにより駆動される発電機
と、ガスタービンから排出される高温の排ガスが導かれ
る排ガスダクト内に配設され、外部から燃料と空気とが
供給されて発電する固体電解質体を有する燃料電池とを
備えて構成するものとする。
In addition, a gas turbine and a fuel cell combined power generation apparatus is a gas turbine driven by combustion gas burned in a combustor, a generator driven by this turbine, and high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine. And a fuel cell having a solid electrolyte body which is disposed in an exhaust gas duct through which the fuel is introduced and which is supplied with fuel and air from the outside to generate electric power.

【0009】[0009]

【作用】ガスタービン発電装置を構成する高温ガスター
ビンの排ガス温度は前述のように900℃以上であるの
で、この高温の排ガスにより運転温度が900℃領域の
固体電解質燃料電池に供給する燃料と空気との少なくと
も一方を加熱する加熱器を設けること、この加熱器とし
て高温ガスタービンの排ガスが導かれる排ガスダクト内
に前記燃料と空気とがそれぞれ流れ、高温ガスタービン
の高温の排ガスの熱が伝熱する伝熱管を備えた熱交換部
を配設することにより、燃料と空気との少なくとも一方
は排ガスにより伝熱管を介して加熱されて排ガスダクト
外に配設される固体電解質燃料電池に供給されるので、
燃料電池に供給される燃料は改質されて反応ガス用燃料
が生成され、この燃料と供給される空気とにより電池反
応を起こして発電する。
Since the exhaust gas temperature of the high temperature gas turbine constituting the gas turbine power generator is 900 ° C. or higher as described above, the fuel and air supplied to the solid electrolyte fuel cell whose operating temperature is in the 900 ° C. range due to this high temperature exhaust gas. A heater for heating at least one of the above, and the fuel and air respectively flow in the exhaust gas duct through which the exhaust gas of the high temperature gas turbine is guided as the heater, and the heat of the high temperature exhaust gas of the high temperature gas turbine is transferred. By disposing the heat exchange section including the heat transfer tube, at least one of fuel and air is heated by the exhaust gas through the heat transfer tube and supplied to the solid electrolyte fuel cell disposed outside the exhaust gas duct. So
The fuel supplied to the fuel cell is reformed to generate a reaction gas fuel, and the fuel and the supplied air cause a cell reaction to generate electricity.

【0010】なお、排ガスダクト外に配設した固体電解
質燃料電池にて供給される燃料と空気とにより発電して
いる間、この燃料電池から排出される排ガスは排ガス排
出管を経て排ガスダクトに導かれるので、燃料電池から
の高温の排ガスは高温ガスタービンからの排ガスととも
に排ガスダクト内に流れ、したがって後段で排ガスの熱
回収を行なう場合、燃料電池からの排ガスの廃熱も有効
に回収できる。
During power generation by the fuel and air supplied by the solid electrolyte fuel cell arranged outside the exhaust gas duct, the exhaust gas discharged from this fuel cell is guided to the exhaust gas duct through the exhaust gas discharge pipe. Therefore, the high-temperature exhaust gas from the fuel cell flows into the exhaust gas duct together with the exhaust gas from the high-temperature gas turbine. Therefore, when the heat recovery of the exhaust gas is performed in the subsequent stage, the exhaust heat of the exhaust gas from the fuel cell can be effectively recovered.

【0011】また、高温ガスタービンの排ガスが導かれ
る排ガスダクト内に固体電解質燃料電池を配設すること
により、固体電解質燃料電池の反応ガスは、この排ガス
により運転温度近くまで加熱されて、燃料電池へと導か
れて反応し、高温の反応排ガスを排出する。したがっ
て、固体電解質燃料電池に燃料、例えば灯油や軽油を供
給することにより、燃料は改質されて反応ガス用燃料と
なる水素や一酸化炭素を生成する。
Further, by disposing the solid electrolyte fuel cell in the exhaust gas duct through which the exhaust gas of the high temperature gas turbine is guided, the reaction gas of the solid electrolyte fuel cell is heated to near the operating temperature by the exhaust gas, and the fuel cell is heated. To react with the exhaust gas and discharge the hot reaction exhaust gas. Therefore, by supplying a fuel, for example, kerosene or light oil, to the solid oxide fuel cell, the fuel is reformed to generate hydrogen or carbon monoxide as a fuel for the reaction gas.

【0012】また、固体電解質燃料電池に空気を供給
し、排ガスにより加熱された反応ガス用空気と前記反応
ガス用燃料とにより電池反応を起こして発電する。した
がって高温ガスタービンにより発電機を駆動して発電が
行われるとともに、高温ガスタービンの排ガスの熱を回
収した固体電解質燃料電池においても発電する。
Further, air is supplied to the solid electrolyte fuel cell, and a cell reaction is caused by the reaction gas air heated by the exhaust gas and the reaction gas fuel to generate electricity. Therefore, the high temperature gas turbine drives the generator to generate power, and the solid electrolyte fuel cell that recovers the heat of the exhaust gas of the high temperature gas turbine also generates power.

【0013】[0013]

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図1は本発明の実施例によるガスタービン,
燃料電池の併設発電装置の部分断面構成図である。図1
においてガスタービン発電装置は燃焼器1を備えた高温
ガスタービン2と、高温ガスタービン2のロータに接続
される回転子を備える高周波発電機3とから構成されて
いる。なお、高温ガスタービン2の内部主要部はセラミ
ック化して構成し、高温腐食に耐えるようにしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 shows a gas turbine according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a partial cross-sectional configuration diagram of a fuel cell combined generator. Figure 1
In the above, the gas turbine power generator is composed of a high temperature gas turbine 2 having a combustor 1 and a high frequency generator 3 having a rotor connected to the rotor of the high temperature gas turbine 2. The internal main part of the high-temperature gas turbine 2 is made of ceramic so as to withstand high-temperature corrosion.

【0014】固体電解質燃料電池5は固体電解質が安定
化ジルコニアからなり、高温ガスタービン2から排出さ
れる排ガスが導かれる排ガスダクト6外に配設されてい
る。さらに、燃料、例えば灯油又は軽油を加熱する加熱
器として排ガスダクト6内に熱交換部12を配設してい
る。熱交換部12は固体電解質燃料電池5に供給する燃
料が通流する直管の伝熱管を入口ヘッダと出口ヘッダと
に接続して構成されて排ガスダクト6内に配設され、排
ガスダクト6内を流れる高温ガスタービン2からの排ガ
スと伝熱管を介して熱交換し、伝熱管を通流する燃料を
加熱する。なお、伝熱管,入口ヘッダ,出口ヘッダは高
温腐食に耐えるセラミックコーティング材又はSiC等
のセラミックから構成される。
The solid electrolyte fuel cell 5 has a solid electrolyte composed of stabilized zirconia, and is arranged outside an exhaust gas duct 6 through which exhaust gas discharged from the high temperature gas turbine 2 is guided. Further, a heat exchange section 12 is provided in the exhaust gas duct 6 as a heater for heating fuel such as kerosene or light oil. The heat exchange unit 12 is configured by connecting a straight heat transfer pipe through which the fuel supplied to the solid oxide fuel cell 5 flows to the inlet header and the outlet header, is disposed in the exhaust gas duct 6, and is disposed in the exhaust gas duct 6. Exhaust gas from the high-temperature gas turbine 2 flowing through the heat transfer tube exchanges heat with the heat transfer tube to heat the fuel flowing through the heat transfer tube. The heat transfer tube, the inlet header, and the outlet header are made of a ceramic coating material resistant to high temperature corrosion or a ceramic such as SiC.

【0015】燃料入口管13は排ガスダクト6を貫通し
て熱交換部12の入口ヘッダに接続され、燃料を熱交換
部12に供給する。燃料送出管14は熱交換部12の出
口ヘッダと固体電解質燃料電池5とに接続され、熱交換
部12にて伝熱管を介して排ガスと熱交換して加熱され
て昇温した燃料を固体電解質燃料電池5に供給する。な
お、燃料入口管13,燃料送出管14は前述と同様にセ
ラミック又はチタン合金から構成される。
The fuel inlet pipe 13 penetrates the exhaust gas duct 6 and is connected to the inlet header of the heat exchanging section 12 to supply the fuel to the heat exchanging section 12. The fuel delivery pipe 14 is connected to the outlet header of the heat exchange section 12 and the solid electrolyte fuel cell 5, and the heat exchange section 12 exchanges heat with the exhaust gas via the heat transfer tube to heat the fuel heated to raise the temperature of the solid electrolyte. Supply to the fuel cell 5. The fuel inlet pipe 13 and the fuel delivery pipe 14 are made of ceramic or titanium alloy as described above.

【0016】空気供給管15は固体電解質燃料電池5に
接続され、室温の空気を前記燃料電池に供給する。排ガ
ス排出管16は排ガスダクト6を貫通してこのダクト内
に開口して固体電解質燃料電池5に接続され、燃料電池
内での電池反応により生じた排ガスを排ガスダクト6内
に放出する。ここで排ガス排出管16もセラミック又は
チタン合金から構成される。なお17は燃料電池から直
流電力を取出すリード線である。
The air supply pipe 15 is connected to the solid electrolyte fuel cell 5 and supplies room temperature air to the fuel cell. The exhaust gas discharge pipe 16 penetrates the exhaust gas duct 6 and opens in the duct to be connected to the solid electrolyte fuel cell 5, and discharges the exhaust gas generated by the cell reaction in the fuel cell into the exhaust gas duct 6. Here, the exhaust gas discharge pipe 16 is also made of ceramic or titanium alloy. Reference numeral 17 is a lead wire for extracting DC power from the fuel cell.

【0017】このような構成により、燃焼器1にて燃
料、例えば灯油又は軽油を燃焼空気により燃焼させて生
じた高温の燃焼ガスは高温ガスタービン2のロータを回
転し、これに伴って高周波発電機3の回転子を回転して
高周波発電機3は高周波の電力を発電する。なお、高温
ガスタービン2で仕事をして排出される排ガスは900
℃以上の温度になって排ガスダクト6内を流れて外部に
排出される。
With such a structure, the high temperature combustion gas generated by burning fuel such as kerosene or light oil in the combustor 1 with the combustion air rotates the rotor of the high temperature gas turbine 2, and accordingly high frequency power generation. By rotating the rotor of the machine 3, the high frequency generator 3 generates high frequency electric power. In addition, the exhaust gas discharged from the high temperature gas turbine 2 is 900
When the temperature reaches ℃ or more, it flows through the exhaust gas duct 6 and is discharged to the outside.

【0018】一方、固体電解質燃料電池5においては、
燃料入口管13を経て燃料が熱交換部12の伝熱管に供
給され、排ガスと伝熱管を介して熱交換して高温に加熱
された後燃料送出管14を経て固体電解質燃料電池5に
供給される。固体電解質燃料電池5に供給された燃料は
改質されて反応ガス用燃料の水素や一酸化炭素を生成
し、この反応ガス用燃料は供給される空気とともに燃料
電池にて電池反応をして直流の電力を発電する。
On the other hand, in the solid electrolyte fuel cell 5,
The fuel is supplied to the heat transfer tube of the heat exchange section 12 through the fuel inlet tube 13, exchanges heat with the exhaust gas through the heat transfer tube to be heated to a high temperature, and then is supplied to the solid oxide fuel cell 5 through the fuel delivery tube 14. It The fuel supplied to the solid oxide fuel cell 5 is reformed to generate hydrogen and carbon monoxide as a reaction gas fuel, and this reaction gas fuel reacts with the supplied air in a cell reaction in the fuel cell to generate a direct current. To generate electricity.

【0019】なお、燃料電池には反応ガス用とともに冷
却用として使用されるに足る空気が供給され、燃料電池
の発電時生じる熱を冷却用としての空気により除去して
燃料電池の運転温度が保持される。ここで、固体電解質
燃料電池5にて電池反応により生じた高温の排ガスは排
ガス排出管16を経て排ガスダクト6内に導かれて排出
される。
The fuel cell is supplied with air for reaction gas as well as for cooling, and heat generated during power generation of the fuel cell is removed by air for cooling to maintain the operating temperature of the fuel cell. To be done. Here, the high-temperature exhaust gas generated by the cell reaction in the solid oxide fuel cell 5 is introduced into the exhaust gas duct 6 through the exhaust gas exhaust pipe 16 and exhausted.

【0020】したがって固体電解質燃料電池5からの高
温の排ガスは高温ガスタービン2からの排ガスとともに
排ガスダクト6内を流れ、排ガスの廃熱は後段に一般的
に設けられる廃熱利用のコージェネレーションシステム
に熱回収される。上記実施例では固体電解質燃料電池5
に供給する燃料のみを熱交換部12により加熱したが、
さらに空気を加熱する加熱器として空気が流れる伝熱管
を備え、前述と同じ構成の熱交換部を排ガスダクト6内
に設け、高温ガスタービン2からの排ガスにより熱交換
部にて空気を加熱して固体電解質燃料電池5に加熱した
燃料及び空気を供給しても前述と同じ効果が得られる。
Therefore, the high-temperature exhaust gas from the solid electrolyte fuel cell 5 flows in the exhaust gas duct 6 together with the exhaust gas from the high-temperature gas turbine 2, and the exhaust heat of the exhaust gas is supplied to the waste heat cogeneration system generally provided in the latter stage. Heat is recovered. In the above embodiment, the solid electrolyte fuel cell 5
Only the fuel to be supplied to the
Further, a heat transfer tube through which air flows is provided as a heater for heating the air, and the heat exchange section having the same configuration as that described above is provided in the exhaust gas duct 6, and the air is heated in the heat exchange section by the exhaust gas from the high temperature gas turbine 2. Even if the heated fuel and air are supplied to the solid electrolyte fuel cell 5, the same effect as described above can be obtained.

【0021】なお、燃料電池は前述のように冷却用とし
ての空気により発電時生じる熱を除去して運転温度が保
持される。また、図1においては燃料を加熱する熱交換
部12を排ガスダクト内に設けているが、この代わりに
空気を加熱する加熱器として伝熱管を備える熱交換部を
排ガスダクト6内に設け固体電解質燃料電池5には加熱
されない燃料と加熱された空気とを供給しても前述と同
じ効果が得られる。なお、この場合では燃料は気体であ
ることが望ましい。
As described above, the fuel cell maintains the operating temperature by removing the heat generated during power generation by the air for cooling. Further, in FIG. 1, the heat exchanging section 12 for heating the fuel is provided in the exhaust gas duct, but instead, a heat exchanging section having a heat transfer tube as a heater for heating air is provided in the exhaust gas duct 6 for solid electrolyte. Even if the fuel cell 5 is supplied with unheated fuel and heated air, the same effect as described above can be obtained. In this case, the fuel is preferably gas.

【0022】なお、燃料電池は前述のように冷却用とし
ての空気により発電時生じる熱を除去して運転温度が保
持される。図2は本発明の異なる実施例によるガスター
ビン,燃料電池の併設発電装置の部分断面構成図であ
る。図2において固体電解質燃料電池5は固体電解質が
安定化ジルコニアからなり、高温ガスタービン2から排
出される排ガスが導かれる排ガスダクト6内に配設され
ている。なお、固体電解質燃料電池5はセラミックコー
ティング材又はセラミックから構成されたケースに収納
されている。
As described above, the fuel cell maintains the operating temperature by removing the heat generated during power generation by the air for cooling. FIG. 2 is a partial cross-sectional configuration diagram of a gas turbine and a fuel cell combined generator according to another embodiment of the present invention. In FIG. 2, the solid electrolyte fuel cell 5 has a solid electrolyte made of stabilized zirconia, and is arranged in an exhaust gas duct 6 through which exhaust gas discharged from the high temperature gas turbine 2 is guided. The solid electrolyte fuel cell 5 is housed in a case made of a ceramic coating material or ceramics.

【0023】燃料供給管8と空気供給管9とは排ガスダ
クト6を貫通してそれぞれ固体電解質燃料電池5に接続
され、燃料、例えば灯油又は軽油が燃料供給管8を経
て、また空気が空気供給管9を経て燃料電池に供給され
る。排ガス排出管10は排ガスダクト6内に開口して固
体電解質燃料電池5に接続され、燃料電池内での電池反
応により生じた排ガスを排ガスダクト6内に放出する。
The fuel supply pipe 8 and the air supply pipe 9 penetrate the exhaust gas duct 6 and are connected to the solid electrolyte fuel cell 5, respectively, so that fuel such as kerosene or light oil is supplied through the fuel supply pipe 8 and air is supplied by air. It is supplied to the fuel cell via a tube 9. The exhaust gas discharge pipe 10 opens in the exhaust gas duct 6 and is connected to the solid electrolyte fuel cell 5, and discharges the exhaust gas generated by the cell reaction in the fuel cell into the exhaust gas duct 6.

【0024】ここで、上記燃料供給管8,空気供給管
9,排ガス排出管10はいずれもセラミック又はチタン
合金から構成される。なお、11は直流の電力を取出す
図示しない耐熱保護管に挿入されたリード線である。な
お、ガスタービン発電装置は図1に示すものと同じであ
る。このような構成により、ガスタービン発電装置は運
転されて前述のように発電し、高温ガスタービン2の高
温の排ガスは排ガスダクト6内を流れる。一方排ガスダ
クト6内に配設された固体電解質燃料電池5は排ガスダ
クト6内を流れる高温の排ガスにより加熱されて昇温
し、固体電解質燃料電池5に供給される燃料供給管8を
経て燃料、例えば灯油又は軽油、及び空気供給管9を経
る空気は運転温度近くまで昇温され、前述のように改質
反応及び電池反応を起こして直流の電力を発電し、リー
ド線11から直流電力が取出される。
The fuel supply pipe 8, the air supply pipe 9 and the exhaust gas discharge pipe 10 are all made of ceramic or titanium alloy. Reference numeral 11 is a lead wire that is inserted into a heat-resistant protective tube (not shown) for extracting DC power. The gas turbine power generator is the same as that shown in FIG. With such a configuration, the gas turbine power generator is operated to generate power as described above, and the high temperature exhaust gas of the high temperature gas turbine 2 flows through the exhaust gas duct 6. On the other hand, the solid electrolyte fuel cell 5 arranged in the exhaust gas duct 6 is heated by the high-temperature exhaust gas flowing in the exhaust gas duct 6 to raise its temperature, and the solid electrolyte fuel cell 5 is supplied with fuel through the fuel supply pipe 8 supplied to the solid electrolyte fuel cell 5. For example, kerosene or light oil, and the air passing through the air supply pipe 9 are heated to near the operating temperature, and as described above, the reforming reaction and the battery reaction occur to generate direct current power, and direct current power is taken out from the lead wire 11. To be done.

【0025】この際、燃料電池の発電時生じる熱は前述
のように前記空気により除去されて燃料電池の運転温度
が保持される。なお、固体電解質燃料電池5にて電池反
応により生じた高温の排ガスは排ガス排出管10から排
ガスダクト6内に放出され、高温ガスタービン2の高温
の排ガスとともに外部に排出され、排ガスの廃熱は前述
のように後段にて有効に回収される。
At this time, the heat generated during power generation of the fuel cell is removed by the air as described above, and the operating temperature of the fuel cell is maintained. The high-temperature exhaust gas generated by the cell reaction in the solid electrolyte fuel cell 5 is discharged from the exhaust gas exhaust pipe 10 into the exhaust gas duct 6, and is discharged to the outside together with the high-temperature exhaust gas of the high-temperature gas turbine 2, so that the exhaust heat of the exhaust gas is discharged. As mentioned above, it is effectively recovered in the latter stage.

【0026】次に上記のガスタービン発電装置と固体電
解質燃料電池とを併設した発電装置のシステムフローを
図3に示す。図3において天然ガス,石油,メタノール
等の燃料20はセラミック化された高温ガスタービン2
1の燃焼器に送られて燃焼し、この際生じた燃焼ガスは
高温ガスタービンを運転温度約1350℃で駆動する。
Next, FIG. 3 shows a system flow of a power generator in which the above gas turbine power generator and a solid electrolyte fuel cell are provided together. In FIG. 3, a fuel 20 such as natural gas, petroleum, or methanol is a high temperature gas turbine 2 which is made into ceramic.
1 is sent to the combustor and burned, and the combustion gas generated at this time drives the high temperature gas turbine at an operating temperature of about 1350 ° C.

【0027】高温ガスタービン21の駆動によりガスタ
ービンに結合された高速高周波発電機22は駆動されて
高周波電力を発電する。なお、この高温ガスタービン発
電装置による発電効率は40%以上の高効率になるとと
もに高速高周波発電機を使用することにより発電機は小
型化される。高速高周波発電機22から出力される高周
波電力はAC−ACコンバータ23により商用周波数の
電力に変換される。
When the high temperature gas turbine 21 is driven, the high speed high frequency generator 22 coupled to the gas turbine is driven to generate high frequency power. The power generation efficiency of this high-temperature gas turbine power generator is as high as 40% or more, and the generator is downsized by using the high-speed high-frequency generator. The high frequency power output from the high speed high frequency generator 22 is converted into power of a commercial frequency by the AC-AC converter 23.

【0028】一方、安定化ジルコニアを固体電解質とす
る固体電解質燃料電池24には燃料20と図示しない空
気とが供給される。この場合前述のように燃料と空気と
の少なくとも一方を加熱する加熱器、この加熱器として
高温ガスタービン21の排ガスダクト内に熱交換部を設
けること、又は固体電解質燃料電池24を高温ガスター
ビン21の排ガスダクト内に配設することにより、高温
ガスタービン21の排ガスにより燃料電池、又は燃料と
空気との少なくとも一方を加熱して電池反応を起こさ
せ、燃料電池を900〜1100℃の運転温度に保持し
て直流の電力を発電する。
On the other hand, the solid electrolyte fuel cell 24 using stabilized zirconia as the solid electrolyte is supplied with fuel 20 and air (not shown). In this case, as described above, a heater for heating at least one of fuel and air, a heat exchange section is provided in the exhaust gas duct of the high temperature gas turbine 21 as this heater, or the solid electrolyte fuel cell 24 is connected to the high temperature gas turbine 21. The exhaust gas of the high temperature gas turbine 21 heats the fuel cell or at least one of the fuel and air to cause a cell reaction by placing the exhaust gas in the exhaust gas duct of the high temperature gas turbine 21 to bring the fuel cell to an operating temperature of 900 to 1100 ° C. Hold and generate DC power.

【0029】固体電解質燃料電池24にて発電した直流
の電力はDC−ACコンバータ25により商用周波数の
電力に変換され、AC−ACコンバータ23により変換
された商用周波数の電力に併列されて外部に供給され
る。図4は上記の併設発電装置の機能ブロック図であ
る。図4において高温ガスタービン21に結合された高
速高周波発電機22により前述のように高周波電力を発
電する。この高周波電力はAC−ACコンバータ23に
より商用周波数の電力に変換される。
The DC power generated by the solid oxide fuel cell 24 is converted into a commercial frequency power by the DC-AC converter 25, is paralleled with the commercial frequency power converted by the AC-AC converter 23, and is supplied to the outside. To be done. FIG. 4 is a functional block diagram of the above-mentioned combined power generation device. In FIG. 4, the high frequency power generator 22 coupled to the high temperature gas turbine 21 generates high frequency power as described above. This high frequency power is converted into commercial frequency power by the AC-AC converter 23.

【0030】一方固体電解質燃料電池24は高温ガスタ
ービン21の排ガスにより前述のようにこれに供給する
燃料と空気との少なくとも一方、又は燃料電池を加熱し
て電池反応を行なわせ、直流の電力を発電する。そして
この直流の電力はDC−ACコンバータ25により商用
周波数の電力に変換され、AC−ACコンバータ23で
変換された商用周波数の電力に併列されて外部に供給す
る。
On the other hand, the solid electrolyte fuel cell 24 is heated by at least one of fuel and air supplied to the solid oxide fuel cell 24 by the exhaust gas of the high temperature gas turbine 21 or the fuel cell to cause a cell reaction to generate direct current power. Generate electricity. Then, this DC power is converted into commercial frequency power by the DC-AC converter 25, is paralleled with the commercial frequency power converted by the AC-AC converter 23, and is supplied to the outside.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば高温ガスタービンからの高温の排ガスが導かれ
る排ガスダクト内にこの燃料電池に供給する燃料と空気
との少なくとも一方を高温ガスタービンからの排ガスに
より加熱する加熱器、この加熱として排ガスダクト内に
前記燃料と空気とがそれぞれ流れる伝熱管を備える熱交
換部を配設すること、又は固体電解質燃料電池を配設す
ることにより、ガスタービン発電装置にて発電するとと
もに固体電解質燃料電池は運転温度に保持されて発電す
るので、高温ガスタービンからの高温の排ガスの熱を有
効に回収できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, at least one of the fuel and air supplied to the fuel cell is supplied to the high temperature gas in the exhaust gas duct through which the high temperature exhaust gas from the high temperature gas turbine is introduced. A heater that is heated by the exhaust gas from the turbine, by disposing a heat exchange section including a heat transfer tube in which the fuel and the air respectively flow in the exhaust gas duct as this heating, or by disposing a solid electrolyte fuel cell, Since the gas is generated by the gas turbine power generator and the solid electrolyte fuel cell is maintained at the operating temperature to generate power, the heat of the high temperature exhaust gas from the high temperature gas turbine can be effectively recovered.

【0032】また、固体電解質燃料電池からの高温の排
ガスは高温ガスタービンからの排ガスとともに排ガスダ
クト内を流れるので、排ガスダクトを流れる排ガスの廃
熱を後段で回収する場合、固体電解質燃料電池からの排
ガスの廃熱も有効に回収できる。
Further, since the high temperature exhaust gas from the solid electrolyte fuel cell flows in the exhaust gas duct together with the exhaust gas from the high temperature gas turbine, when recovering the waste heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas duct in the subsequent stage, The waste heat of exhaust gas can also be effectively recovered.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例によるガスタービン,燃料電池
の併設発電装置の部分断面構成図
FIG. 1 is a partial cross-sectional configuration diagram of a gas turbine and a fuel cell combined generator according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の異なる実施例によるガスタービン,燃
料電池の併設発電装置の部分断面構成図
FIG. 2 is a partial cross-sectional configuration diagram of a gas turbine and a fuel cell combined generator according to another embodiment of the present invention.

【図3】図1,図2におけるガスタービン,燃料電池の
併設発電装置のシステムフロー図
FIG. 3 is a system flow diagram of a gas turbine in FIG. 1 and FIG.

【図4】図1,図2におけるガスタービン,燃料電池の
併設発電装置の機能ブロック図
FIG. 4 is a functional block diagram of the combined power generation device of the gas turbine and the fuel cell in FIGS. 1 and 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 高温ガスタービン 3 高周波発電機 5 固体電解質燃料電池 6 排ガスダクト 12 熱交換部 16 排ガス排出管 2 High temperature gas turbine 3 High frequency generator 5 Solid electrolyte fuel cell 6 Exhaust gas duct 12 Heat exchange section 16 Exhaust gas exhaust pipe

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより駆動され
るガスタービンと、このタービンにより駆動される発電
機と、燃料と空気とが供給されて発電する固体電解質体
を有する燃料電池と、ガスタービンから排出される高温
の排ガスにより燃料と空気との少なくとも一方を加熱す
る加熱器とからなることを特徴とするガスタービン,燃
料電池の併設発電装置。
1. A gas turbine driven by combustion gas combusted in a combustor, a generator driven by this turbine, a fuel cell having a solid electrolyte body for supplying fuel and air to generate power, and a gas. A combined power generator for a gas turbine and a fuel cell, comprising a heater for heating at least one of fuel and air by high-temperature exhaust gas discharged from the turbine.
【請求項2】請求項1記載のガスタービン,燃料電池の
併設発電装置において、燃料又は空気を加熱する加熱器
はガスタービンからの高温の排ガスが導かれる排ガスダ
クト内に前記燃料と空気とがそれぞれ流れ、排ガスの熱
が伝熱する伝熱管を備える熱交換部を配設したことを特
徴とするガスタービン,燃料電池の併設発電装置。
2. The gas turbine / fuel cell combined power generator according to claim 1, wherein the heater for heating the fuel or air is such that the fuel and air are introduced into an exhaust gas duct through which high-temperature exhaust gas from the gas turbine is introduced. A combined power generation device for a gas turbine and a fuel cell, which is provided with a heat exchange section provided with a heat transfer tube through which each of the flows and heat of exhaust gas is transferred.
【請求項3】請求項1記載のガスタービン,燃料電池の
併設発電装置において、固体電解質体を有する燃料電池
から排出する排ガスをガスタービンからの高温の排ガス
が導かれる排ガスダクトに導く排ガス排出管を設けたこ
とを特徴とするガスタービン,燃料電池の併設発電装
置。
3. A gas turbine and fuel cell combined power generator according to claim 1, wherein an exhaust gas discharged from a fuel cell having a solid electrolyte body is introduced into an exhaust gas duct through which high temperature exhaust gas from the gas turbine is introduced. Gas turbine and fuel cell combined power generation device characterized by the provision of
【請求項4】燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより駆動され
るガスタービンと、このタービンにより駆動される発電
機と、ガスタービンから排出される高温の排ガスが導か
れる排ガスダクト内に配設され、外部から燃料と空気と
が供給されて発電する固体電解質体を有する燃料電池と
を備えたことを特徴とするガスタービン,燃料電池の併
設発電装置。
4. A gas turbine driven by combustion gas burned in a combustor, a generator driven by this turbine, and an exhaust gas duct for introducing high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine, A gas turbine and a fuel cell combined power generation device, comprising: a fuel cell having a solid electrolyte body that is supplied with fuel and air from the outside to generate electricity.
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