JPWO2010013316A1 - Hybrid power generation system and operation method thereof - Google Patents

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晋 中野
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弘行 白岩
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Abstract

吸気30を圧縮する圧縮機1と、圧縮機からの圧縮空気31を加熱する再生熱交換器4と、再生熱交換器からの圧縮空気を電池燃料60の反応熱で加熱し、電池燃料の反応生成物である水を含む高温ガス33を生成する燃料電池10と、燃料電池からの高温ガスで駆動され、再生熱交換器に熱源となる排ガス35を排出するタービン2と、再生熱交換器からの排ガス中の水を凝縮して回収する熱交換器14と、熱交換器で回収された水が貯蔵される給水タンク20と、吸気30及び圧縮空気31に対して、給水タンク20の水を供給する給水ポンプ50とを備える。 これにより、燃料電池10で生じた水を利用してガスタービンの吸気等に水噴霧できるので、コストを抑制しながら出力向上と高効率化を図ることができる。The compressor 1 that compresses the intake air 30, the regenerative heat exchanger 4 that heats the compressed air 31 from the compressor, and the compressed air from the regenerative heat exchanger is heated by the reaction heat of the cell fuel 60, and the reaction of the cell fuel From the fuel cell 10 that generates a high-temperature gas 33 containing water as a product, the turbine 2 that is driven by the high-temperature gas from the fuel cell, and discharges the exhaust gas 35 that serves as a heat source to the regenerative heat exchanger, and the regenerative heat exchanger The heat exchanger 14 for condensing and recovering water in the exhaust gas of the exhaust gas, the water supply tank 20 for storing the water recovered by the heat exchanger, and the water in the water supply tank 20 for the intake air 30 and the compressed air 31 And a feed water pump 50 to be supplied. As a result, water generated in the fuel cell 10 can be used to spray water on the intake air of the gas turbine and the like, so that output can be improved and efficiency can be increased while suppressing costs.

Description

本発明はガスタービンと燃料電池によって発電するハイブリッド発電システム及びその運転方法に関する。   The present invention relates to a hybrid power generation system that generates power using a gas turbine and a fuel cell, and an operation method thereof.

総合効率の良い分散電源として、マイクロガスタービンや燃料電池が開発されている。燃料電池は、基本的には水素と酸素の反応により発電するシステムであり、反応生成物として水を生成する。燃料電池は、熱サイクルを利用して発電するガスタービンやレシプロエンジンとは異なり、化学反応を利用して直接発電するシステムであるため、ガスタービンなどと比べ発電効率が大幅に高い。   Micro gas turbines and fuel cells have been developed as distributed power sources with good overall efficiency. A fuel cell is basically a system that generates electricity by a reaction between hydrogen and oxygen, and generates water as a reaction product. Unlike a gas turbine or a reciprocating engine that generates power using a thermal cycle, a fuel cell is a system that directly generates power using a chemical reaction, and thus has a significantly higher power generation efficiency than a gas turbine.

近年、更なる発電効率の向上を図るため、燃料電池とガスタービンを組み合わせたハイブリッド発電システムが開発されてきている。通常のガスタービンでは燃焼器により作動媒体を昇温するが、このハイブリッド発電システムは、作動媒体の昇温の一部あるいは全てを燃焼器に代わって燃料電池が行うので、システム全体の発電効率を向上させることができる。   In recent years, in order to further improve the power generation efficiency, a hybrid power generation system combining a fuel cell and a gas turbine has been developed. In a normal gas turbine, the working medium is heated by a combustor. In this hybrid power generation system, a fuel cell performs part or all of the temperature rise of the working medium instead of the combustor. Can be improved.

ところで、ガスタービン単体の出力向上と高効率化を図る技術として、外部から取得した水をガスタービンの吸気や圧縮空気に噴霧する加湿設備を備えたものが提案されている(例えば、特開2002−138852号公報参照)。
特開2002−138852号公報
By the way, as a technique for improving the output and improving the efficiency of a gas turbine alone, a technique equipped with a humidifying facility for spraying water obtained from the outside to the intake air or compressed air of the gas turbine has been proposed (for example, JP 2002-124605 A). No. 138852).
JP 2002-138852 A

ところが、この技術が記載されている上記文献には、加湿設備をハイブリッド発電システムに適用する場合の方法については何の開示もされていない。   However, the above-mentioned document describing this technology does not disclose any method for applying the humidification facility to the hybrid power generation system.

また、ハイブリッド発電システムに加湿設備を導入する際の障害となり得る具体的な問題の1つとして、加湿設備の導入及び維持に付随するコストの問題がある。まず、加湿設備で吸気等に水噴霧を常時行うと、その給水分の水を確保するためのランニングコストが問題となる。上記技術には、このランニングコストの低減を図るために、ガスタービンの排気から水分を回収して再利用するための水回収装置が設けられているが、この場合には水回収装置の設置に付随するイニシャルコストが次の問題となる。   In addition, as one of the specific problems that can be an obstacle to the introduction of humidification equipment into a hybrid power generation system, there is a problem of costs associated with the introduction and maintenance of the humidification equipment. First, when water is sprayed constantly on the intake air or the like with a humidifying facility, the running cost for securing the water for the water supply becomes a problem. In the above technique, in order to reduce the running cost, a water recovery device for recovering and reusing water from the exhaust of the gas turbine is provided. The accompanying initial cost is the next problem.

そのため、ハイブリッド発電システムに加湿設備を導入しようとする場合、それに付随するコストと比較して、水噴霧による発電効率の向上の程度が低いとときには、加湿設備の導入が見合わされることも予想される。この問題は外部から水を導入できない場所・状況では、さらに顕著なものとなる。   For this reason, when trying to introduce humidification equipment into a hybrid power generation system, it is expected that the introduction of humidification equipment will be postponed when the degree of improvement in power generation efficiency by water spraying is low compared to the associated costs. The This problem becomes even more pronounced in places and situations where water cannot be introduced from the outside.

本発明の目的は、コストを抑制しながら出力向上と高効率化を図ることができるハイブリッド発電システム及びその運転方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the hybrid electric power generation system which can aim at the output improvement and high efficiency, suppressing the cost, and its operating method.

本発明は、上記目的を達成するために、吸気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気を加熱する再生熱交換器と、この再生熱交換器からの圧縮空気を電池燃料の反応熱で加熱し、電池燃料の反応生成物である水を含む高温ガスを生成する燃料電池と、この燃料電池からの高温ガスで駆動され、前記再生熱交換器に熱源となる排ガスを排出するタービンと、前記再生熱交換器からの排ガス中の水を凝縮して回収する熱交換器と、この熱交換器で回収された水が貯蔵される給水タンクと、前記圧縮機の吸気、及び前記圧縮機から前記燃料電池に供給される圧縮空気に対して、前記給水タンクの水を供給する給水ポンプとを備えるものとする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a compressor that compresses intake air, a regenerative heat exchanger that heats compressed air from the compressor, and a reaction of battery fuel with compressed air from the regenerative heat exchanger. A fuel cell that is heated by heat and generates a high-temperature gas containing water, which is a reaction product of battery fuel, and a turbine that is driven by the high-temperature gas from the fuel cell and discharges exhaust gas that serves as a heat source to the regenerative heat exchanger A heat exchanger that condenses and recovers water in the exhaust gas from the regenerative heat exchanger, a water supply tank that stores water recovered by the heat exchanger, intake air of the compressor, and the compression And a water supply pump for supplying water from the water supply tank to the compressed air supplied from the machine to the fuel cell.

本発明によれば、燃料電池で生じた水を利用してガスタービンの吸気等に水噴霧できるので、コストを抑制しながら出力向上と高効率化を図ることができる。   According to the present invention, water generated in the fuel cell can be used to spray water on the intake of a gas turbine and the like, so that it is possible to improve output and increase efficiency while suppressing costs.

本発明の第1の実施の形態であるハイブリッド発電システムのシステム構成図。The system block diagram of the hybrid electric power generation system which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池10の構成図。1 is a configuration diagram of a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に関する比較例であるハイブリッド発電システムのシステム構成図。The system block diagram of the hybrid electric power generation system which is a comparative example regarding the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に関する比較例である高湿分空気利用再生サイクルガスタービンのシステム構成図。1 is a system configuration diagram of a regeneration cycle gas turbine using high humidity air that is a comparative example related to the first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1の実施の形態であるハイブリッド発電システムに係るシステム起動スケジュールの説明図。Explanatory drawing of the system starting schedule which concerns on the hybrid electric power generation system which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態であるハイブリッド発電システムのシステム構成図。The system block diagram of the hybrid electric power generation system which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態であるハイブリッド発電システムのシステム構成図。The system block diagram of the hybrid electric power generation system which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態であるハイブリッド発電システムに係るシステム起動スケジュールの説明図。Explanatory drawing of the system starting schedule which concerns on the hybrid electric power generation system which is the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
2 タービン
3 燃焼器
4 再生熱交換器
7 水潤滑軸受
10 燃料電池
14 熱交換器
15 電力
20 給水タンク
21 循環水タンク
30 吸気
31 圧縮空気
32 圧縮空気
33 高温ガス
34 燃焼ガス
35 排ガス
37 冷媒
41 給水ライン
42 給水ライン
43 給水ライン
50 給水ポンプ
55 噴霧装置
56 増湿装置
60 電池燃料
61 燃焼燃料
70 給水タンク水量設定値
71 給水ポンプ起動時刻
72 循環水タンク水量設定値
73 ガスタービン起動時刻
80 開閉弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Turbine 3 Combustor 4 Regenerative heat exchanger 7 Water lubrication bearing 10 Fuel cell 14 Heat exchanger 15 Electric power 20 Water supply tank 21 Circulating water tank 30 Intake 31 Compressed air 32 Compressed air 33 Hot gas 34 Combustion gas 35 Exhaust gas 37 Refrigerant 41 Water supply line 42 Water supply line 43 Water supply line 50 Water supply pump 55 Spraying device 56 Humidifier 60 Battery fuel 61 Combustion fuel 70 Water supply tank water amount set value 71 Water supply pump start time 72 Circulating water tank water amount set value 73 Gas turbine start time 80 On-off valve

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の第1の実施の形態であるハイブリッド発電システムのシステム構成図である。   FIG. 1 is a system configuration diagram of a hybrid power generation system according to a first embodiment of the present invention.

この図に示すハイブリッド発電システムは、噴霧装置55を通過した吸気30を圧縮して吐出する圧縮機1と、圧縮機1からの圧縮空気31を加熱する再生熱交換器4と、再生熱交換器4からの圧縮空気32を燃料(電池燃料)60の反応熱で加熱し、電池燃料の反応生成物である水を含む高温ガス33を生成する燃料電池10と、燃料電池10からの高温ガス33で駆動され、再生熱交換器4に熱源となる排ガス35を排出するタービン2と、燃料電池10で生成された水が貯蔵される給水タンク20と、圧縮機1の吸気30及び圧縮機1から再生熱交換器4に供給される圧縮空気31に対して、給水タンク20の水を供給する給水ポンプ50を備えている。   The hybrid power generation system shown in this figure includes a compressor 1 that compresses and discharges intake air 30 that has passed through a spray device 55, a regenerative heat exchanger 4 that heats compressed air 31 from the compressor 1, and a regenerative heat exchanger. The fuel cell 10 that heats the compressed air 32 from the fuel 4 with the reaction heat of the fuel (cell fuel) 60 to generate the hot gas 33 containing water, which is the reaction product of the cell fuel, and the hot gas 33 from the fuel cell 10 From the turbine 2 that discharges the exhaust gas 35 as a heat source to the regenerative heat exchanger 4, the water supply tank 20 that stores the water generated by the fuel cell 10, the intake air 30 of the compressor 1, and the compressor 1. A water supply pump 50 that supplies water from the water supply tank 20 to the compressed air 31 supplied to the regenerative heat exchanger 4 is provided.

タービン2は、高温ガス33によって与えられる駆動力によって、タービン2に連結されている圧縮機1と発電機5を回転させる。再生熱交換器4は、タービン2からの排ガス35と圧縮空気31を熱交換させて、圧縮空気31を加熱するとともに排ガス35を冷却する。この再生熱交換器4を備えているサイクルを再生サイクルといい、再生熱交換器4を備えていないサイクルより発電効率が高い。再生熱交換器4で冷却された排ガス36は、燃料電池10に供給される。次に燃料電池10について詳しく説明する。   The turbine 2 rotates the compressor 1 and the generator 5 connected to the turbine 2 by the driving force given by the hot gas 33. The regenerative heat exchanger 4 exchanges heat between the exhaust gas 35 from the turbine 2 and the compressed air 31 to heat the compressed air 31 and cool the exhaust gas 35. The cycle provided with the regenerative heat exchanger 4 is referred to as a regeneration cycle, and the power generation efficiency is higher than the cycle not provided with the regenerative heat exchanger 4. The exhaust gas 36 cooled by the regenerative heat exchanger 4 is supplied to the fuel cell 10. Next, the fuel cell 10 will be described in detail.

図2は本実施の形態に係る燃料電池10の構成図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する(後の図も同様に扱う)。   FIG. 2 is a configuration diagram of the fuel cell 10 according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the previous figure, and description is abbreviate | omitted (a later figure is handled similarly).

本実施の形態では、燃料電池10として、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell(SOFC))を利用した場合について説明する。この種の燃料電池では、燃料(電池燃料)60として水素を直接利用するのではなく、天然ガス等の炭化水素系燃料を改質して水素をつくり出し、燃料60として使用する場合がある。   In the present embodiment, a case where a solid oxide fuel cell (SOFC) is used as the fuel cell 10 will be described. In this type of fuel cell, hydrogen may not be directly used as the fuel (cell fuel) 60 but may be used as the fuel 60 by reforming a hydrocarbon-based fuel such as natural gas to produce hydrogen.

この図に示す燃料電池10は、蒸発器13と、改質器12と、電池部11と、熱交換器14を備えている。なお、この図では単純化して予熱器等の構成要素は省略している。   The fuel cell 10 shown in this figure includes an evaporator 13, a reformer 12, a battery unit 11, and a heat exchanger 14. In this figure, the components such as the preheater are omitted for simplification.

蒸発器13は、給水タンク20からの水を高温ガス33によって蒸発させるもので、ポンプ52を介して給水タンク20と接続されている。本実施の形態の蒸発器13には電池部11で発生する高温ガス33が導入されており、高温ガス33は給水タンク20からの水を加熱する熱源として利用されている。蒸発器13で発生された蒸気は改質器12に供給される。   The evaporator 13 evaporates the water from the water supply tank 20 with the high temperature gas 33, and is connected to the water supply tank 20 via a pump 52. A high temperature gas 33 generated in the battery unit 11 is introduced into the evaporator 13 of the present embodiment, and the high temperature gas 33 is used as a heat source for heating water from the water supply tank 20. The steam generated in the evaporator 13 is supplied to the reformer 12.

改質器12は、蒸発器13からの蒸気で燃料(例えば、天然ガス)60を改質するもので、蒸発器13と接続されている。本実施の形態の改質器12には、蒸発器13と同様に、電池部11で発生する高温ガス33が導入されており、高温ガス33は燃料60を改質する際の熱源として利用されている。改質器12で改質された燃料60は電池部11に供給される。   The reformer 12 reforms the fuel (for example, natural gas) 60 with the steam from the evaporator 13, and is connected to the evaporator 13. Like the evaporator 13, the reformer 12 of the present embodiment is introduced with a high-temperature gas 33 generated in the battery unit 11, and the high-temperature gas 33 is used as a heat source when reforming the fuel 60. ing. The fuel 60 reformed by the reformer 12 is supplied to the battery unit 11.

電池部11は、改質器12からの燃料60の化学反応により電力15を発生させるもので、改質器12及び再生熱交換器4と接続されている。電池部11のアノード(図示せず)には改質器12から燃料60が供給され、電池部11のカソード(図示せず)には再生熱交換器4から酸素を含んだ空気(燃料電池吸気)32が供給されており、これらによる化学反応によって電力15が発生する。この化学反応の際、アノードでは反応生成物として水(燃料電池排水)が生成され、化学反応で発生した排ガスに水蒸気として含まれる。アノード及びカソードで発生した排ガスは、化学反応で生じた反応熱によって加熱され、高温ガス(燃料電池排気(例えば、600〜1000度程度))33となって電池部11から排出される。高温ガス33は、蒸発器13及び改質器12等の熱源として利用された後に、タービン2に供給される。   The battery unit 11 generates electric power 15 by a chemical reaction of the fuel 60 from the reformer 12, and is connected to the reformer 12 and the regenerative heat exchanger 4. Fuel 60 is supplied from the reformer 12 to the anode (not shown) of the battery unit 11, and oxygen-containing air (fuel cell intake air) from the regenerative heat exchanger 4 is supplied to the cathode (not shown) of the battery unit 11. ) 32 is supplied, and electric power 15 is generated by a chemical reaction caused by these. During this chemical reaction, water (fuel cell wastewater) is generated as a reaction product at the anode, and is contained as water vapor in the exhaust gas generated by the chemical reaction. The exhaust gas generated at the anode and the cathode is heated by the reaction heat generated by the chemical reaction and becomes a high-temperature gas (fuel cell exhaust (for example, about 600 to 1000 degrees)) 33 and is discharged from the battery unit 11. The hot gas 33 is supplied to the turbine 2 after being used as a heat source for the evaporator 13, the reformer 12, and the like.

熱交換器(排熱回収熱交換器)14は、再生熱交換器4からの排ガス36と冷媒37を熱交換して排ガス36中の水分(燃料電池排水)を凝縮・回収するもので、再生熱交換器4と接続されている。熱交換器14で回収された水は、給水ライン40を介して給水タンク20に貯蔵される。一方、熱交換器14で冷却された排ガス39は外部へ放出される。なお、排ガス36を冷却する冷媒37の具体例としては、空気があるが、給水タンク20に貯蔵された水の一部を利用しても良い。この場合には、給水タンク20の水の一部を熱交換器14に循環供給する循環系統を別途構成することが好ましい。また、当該循環系統にラジエータを設置すれば、熱交換器14の冷媒温度を降下させることができるので、効率的に排ガス36中から水を凝縮・回収することができる。   The heat exchanger (exhaust heat recovery heat exchanger) 14 condenses and recovers moisture (fuel cell waste water) in the exhaust gas 36 by exchanging heat between the exhaust gas 36 from the regeneration heat exchanger 4 and the refrigerant 37. A heat exchanger 4 is connected. The water recovered by the heat exchanger 14 is stored in the water supply tank 20 via the water supply line 40. On the other hand, the exhaust gas 39 cooled by the heat exchanger 14 is discharged to the outside. As a specific example of the refrigerant 37 for cooling the exhaust gas 36, there is air, but a part of the water stored in the water supply tank 20 may be used. In this case, it is preferable to separately configure a circulation system that circulates and supplies part of the water in the water supply tank 20 to the heat exchanger 14. In addition, if a radiator is installed in the circulation system, the refrigerant temperature of the heat exchanger 14 can be lowered, so that water can be efficiently condensed and recovered from the exhaust gas 36.

また、熱交換器14と給水タンク20の間、もしくは給水タンク20と給水ポンプ50の間等には逆浸透膜等の純水化装置(図示せず)を設けることが好ましい。このように純水化装置を設けると、回収した水に含まれる不純物を除去することができるので、その水をシステム内の各所に供給しても、圧縮機1等の構成要素が損傷することを防止することができる。   Moreover, it is preferable to provide a dewatering device (not shown) such as a reverse osmosis membrane between the heat exchanger 14 and the water supply tank 20 or between the water supply tank 20 and the water supply pump 50. By providing a dewatering device in this way, impurities contained in the recovered water can be removed, so that components such as the compressor 1 may be damaged even if the water is supplied to various places in the system. Can be prevented.

なお、ここでは燃料電池10として、SOFCを利用した場合について説明したが、溶融炭酸塩形燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell(MCFC))を利用しても良い。   Here, the case where SOFC is used as the fuel cell 10 has been described. However, a molten carbonate fuel cell (MCFC) may be used.

ここで図1に戻る。図1に示す発電システムは、給水ライン41と、給水ライン42と、噴霧装置55と、増湿装置56を備えている。   Returning now to FIG. The power generation system shown in FIG. 1 includes a water supply line 41, a water supply line 42, a spray device 55, and a humidifier 56.

給水ライン41は、噴霧装置55に水を供給するもので、給水ポンプ50を介して給水タンク20と接続されている。給水ライン42は、増湿装置56に水を供給するもので、給水ポンプ50を介して給水タンク20と接続されている。給水タンク20内の水は、給水ポンプ50によって昇圧されて、噴霧装置55及び増湿装置56に供給される。   The water supply line 41 supplies water to the spray device 55, and is connected to the water supply tank 20 via the water supply pump 50. The water supply line 42 supplies water to the humidifier 56 and is connected to the water supply tank 20 via the water supply pump 50. The water in the water supply tank 20 is pressurized by the water supply pump 50 and supplied to the spray device 55 and the humidifier 56.

噴霧装置55は、水噴霧式吸気冷却(Water Atomizing inlet air Cooling(WAC))を行うもので、圧縮機1の上流側に設置されている。このように吸気30に水を噴霧すると、吸気30の温度を低下させ圧縮機1の吸込流量を増加させること、圧縮機1の駆動動力を低下させること等の効果を得ることができる。   The spray device 55 performs water spraying inlet air cooling (WAC), and is installed on the upstream side of the compressor 1. When water is sprayed on the intake air 30 in this way, effects such as lowering the temperature of the intake air 30 to increase the suction flow rate of the compressor 1 and lowering the driving power of the compressor 1 can be obtained.

増湿装置56は、圧縮空気31に水を噴霧して増湿空気とすることで加湿タービン(Humid Air Turbine(HAT))を構成するもので、圧縮機1と再生熱交換器4の間に設置されている。このように圧縮空気31を増湿すると、圧縮空気31の温度が低下するため排気36の温度が低下し、再生熱交換器4によるタービン排ガス35の熱回収が増加するので熱効率が向上する等の効果を得ることができる。なお、増湿装置56の具体例としては増湿塔がある。この増湿塔は、塔内を下方から上方に向かって通過する空気に対して上方から散水し、空気の湿分を増加させるものである。   The humidifier 56 constitutes a humidified turbine (Humid Air Turbine (HAT)) by spraying water on the compressed air 31 to form the humidified air, and between the compressor 1 and the regenerative heat exchanger 4. is set up. When the compressed air 31 is humidified in this way, the temperature of the compressed air 31 decreases, so the temperature of the exhaust 36 decreases, and the heat recovery of the turbine exhaust gas 35 by the regenerative heat exchanger 4 increases, so that the thermal efficiency improves. An effect can be obtained. A specific example of the humidifier 56 is a humidifier tower. This humidifying tower sprinkles water from above with respect to the air passing through the inside of the tower from below to increase the moisture content of the air.

次に本実施の形態の作用及び効果について、比較例を参照しながら説明する。   Next, the operation and effect of the present embodiment will be described with reference to a comparative example.

図3は本実施の形態の比較例であるハイブリッド発電システムのシステム構成図であり、図4は本実施の形態の比較例である高湿分空気利用再生サイクルガスタービンのシステム構成図である。   FIG. 3 is a system configuration diagram of a hybrid power generation system that is a comparative example of the present embodiment, and FIG. 4 is a system configuration diagram of a high-humidity air utilization regeneration cycle gas turbine that is a comparative example of the present embodiment.

図3に示すハイブリッド発電システムは、ガスタービンと燃料電池を組み合わせたもので、吸気30への水噴霧や圧縮空気31の増湿を行うことなく燃料電池10で発生した高温ガス33をタービン2に供給している。即ち、図3のシステムは、本実施の形態に係るハイブリッド発電システムから給水タンク20、給水ポンプ50、給水ライン41、噴霧装置55、給水ライン42、及び増湿装置56を省略したものに相当し、燃料電池10で反応生成物として得られた水49を外部へ排水している点で本実施の形態のものと異なっている。こうしたハイブリッド発電システムでは、燃料電池10での化学反応で得られた熱は、排気として外部に排出される間に発電に利用不可能な温度にまで回収されている。そのためハイブリッド発電システムを、熱回収の観点からシステムの更なる出力向上と高効率化を図ることは難しかった。   The hybrid power generation system shown in FIG. 3 is a combination of a gas turbine and a fuel cell. A hot gas 33 generated in the fuel cell 10 is supplied to the turbine 2 without spraying water on the intake air 30 or increasing the humidity of the compressed air 31. Supply. That is, the system of FIG. 3 corresponds to a hybrid power generation system according to the present embodiment in which the water supply tank 20, the water supply pump 50, the water supply line 41, the spray device 55, the water supply line 42, and the humidifier 56 are omitted. The difference from the present embodiment is that water 49 obtained as a reaction product in the fuel cell 10 is drained to the outside. In such a hybrid power generation system, the heat obtained by the chemical reaction in the fuel cell 10 is recovered to a temperature that cannot be used for power generation while being discharged outside as exhaust gas. For this reason, it has been difficult to further improve the power output and efficiency of the hybrid power generation system from the viewpoint of heat recovery.

ハイブリッド発電システムに関する技術ではないが、燃料61を燃焼器3で燃焼するガスタービン単体の出力向上と高効率化を図る技術としては、図4に示したシステムのように、外部から取得した水46をガスタービンの吸気30や圧縮空気31に噴霧する噴霧装置55及び増湿装置56(以下、適宜「加湿設備」と称す)を備えたものがある。   Although not a technology related to the hybrid power generation system, as a technology for improving the output and improving the efficiency of the gas turbine alone that burns the fuel 61 in the combustor 3, water 46 obtained from the outside is used as in the system shown in FIG. Is provided with a spraying device 55 and a humidifier 56 (hereinafter referred to as “humidifying equipment” as appropriate).

こうした加湿設備55,56をハイブリッド発電システムに導入する際の障害となり得る具体的な問題の1つとして、加湿設備55,56の導入及び維持に付随するコストの問題がある。まず、加湿設備55,56で吸気等に水を常時噴霧すると、その給水分の水を確保するためのランニングコストが問題となる。例えば、特開2002−138852号公報記載のシステムには、このランニングコストの低減を図るためにガスタービンの排気から水分を回収して再利用するための水回収装置が設けられているが、この場合には水回収装置の設置に付随するイニシャルコストが次の問題となる。そのため、ハイブリッド発電システムに加湿装置55,56を導入しようとする場合、それに付随するコストと比較して、水噴霧による発電効率の向上の程度が低いとときには、加湿設備55,56の導入が見合わされることも予想される。外部から水を導入できない場所・状況では、この問題はさらに顕著なものとなる。   As one of the specific problems that may become an obstacle when introducing such humidifying facilities 55 and 56 into a hybrid power generation system, there is a cost problem associated with the introduction and maintenance of the humidifying facilities 55 and 56. First, when water is constantly sprayed to the intake air or the like with the humidifying equipment 55, 56, the running cost for securing water for supplying water becomes a problem. For example, the system described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-138852 is provided with a water recovery device for recovering and reusing water from the exhaust of the gas turbine in order to reduce the running cost. In some cases, the initial cost associated with the installation of the water recovery device becomes the next problem. Therefore, when the humidifiers 55 and 56 are to be introduced into the hybrid power generation system, when the degree of improvement in power generation efficiency by water spray is low compared to the costs associated with the humidifiers 55 and 56, the introduction of the humidifiers 55 and 56 is seen. It is expected to be combined. This problem becomes even more pronounced in places and situations where water cannot be introduced from outside.

これに対して、本実施の形態のハイブリッド発電システムは、燃料電池10で生成された水が貯蔵される給水タンク20と、吸気30及び圧縮空気31に対して水タンク20の水を供給する給水ポンプ50を備えている。これにより、燃料電池10の反応生成物である水を排水として捨てることなく熱交換器14で回収してガスタービンで噴霧水等として利用することで、熱だけでなく水の利用の面でもハイブリッド化を実現している。なお、あるシステム例では、改質器12で改質用蒸気として使用される水量は熱交換器14で凝縮・回収された水分の3分の2程度であり、残りの3分の1の水量の範囲内で噴霧装置55及び増湿装置56への供給分を賄えるという知見を発明者らは得ている。   On the other hand, the hybrid power generation system of the present embodiment is configured to supply water in the water tank 20 that stores the water generated by the fuel cell 10 and the water in the water tank 20 to the intake air 30 and the compressed air 31. A pump 50 is provided. Accordingly, the water, which is a reaction product of the fuel cell 10, is recovered by the heat exchanger 14 without being discarded as wastewater and used as spray water or the like in the gas turbine, so that not only heat but also water can be used in a hybrid manner. Has been realized. In a certain system example, the amount of water used as reforming steam in the reformer 12 is about two-thirds of the water condensed and recovered by the heat exchanger 14, and the remaining one-third of the amount of water. The inventors have obtained the knowledge that the supply to the spraying device 55 and the humidifying device 56 can be covered within this range.

このように燃料電池10で発生した水を利用すると、給水分の水を確保するためのランニングコストの低減はもちろんのこと、排ガス36から水分を回収する水回収装置を別途設ける必要が無くなるので、水回収装置及びこれに付随する設備のイニシャルコストも低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、システムのランニングコストに加えてイニシャルコストも低減しながら、出力向上と高効率化を実現できるという顕著な効果を奏することができる。特に、本実施の形態は、燃料電池10の燃料60が確保できれば水を生成することができるので、水を外部から導入できない場所・状況においても容易にシステムを運用できるというメリットがある。次に、水を外部から導入できない場所・状況における本実施の形態のシステムの起動方法について具体的に説明する。   When water generated in the fuel cell 10 is used in this way, it is not necessary to separately provide a water recovery device for recovering moisture from the exhaust gas 36, as well as reducing running costs for securing water for supplying water. The initial cost of the water recovery device and the equipment associated therewith can also be reduced. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to achieve a remarkable effect that the output can be improved and the efficiency can be improved while reducing the initial cost in addition to the running cost of the system. In particular, the present embodiment has an advantage that the system can be easily operated even in a place / situation where water cannot be introduced from the outside because water can be generated if the fuel 60 of the fuel cell 10 can be secured. Next, a method for starting the system of the present embodiment in a place / situation where water cannot be introduced from the outside will be specifically described.

図5は、本実施の形態のハイブリッド発電システムに係るシステム起動スケジュールの説明図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram of a system startup schedule according to the hybrid power generation system of the present embodiment.

この図の縦軸は水量及び電気出力を示し、横軸はシステム起動時からの経過時間を示している。縦軸における設定値70は、噴霧装置55及び増湿装置56を介して吸気30及び圧縮空気31に水を供給するために、給水タンク20の水量として最低限必要な値である。給水タンク20内の水量を計測する手段としては、例えば、レベルゲージがある。ここでは、給水タンク20内の水量が設定値70以上に保持されれば、本実施の形態に係るハイブリッド発電システムの出力及び効率向上を図ることができるものとする。また、横軸における時刻71は、給水ポンプ50を起動した時刻を示している。   In this figure, the vertical axis represents the amount of water and the electrical output, and the horizontal axis represents the elapsed time since the system was started. The set value 70 on the vertical axis is a minimum required value as the amount of water in the water supply tank 20 in order to supply water to the intake air 30 and the compressed air 31 via the spray device 55 and the humidifier 56. As a means for measuring the amount of water in the water supply tank 20, for example, there is a level gauge. Here, if the amount of water in the water supply tank 20 is maintained at the set value 70 or more, the output and efficiency of the hybrid power generation system according to the present embodiment can be improved. A time 71 on the horizontal axis indicates a time when the water supply pump 50 is activated.

水を外部から導入できない場所・状況では、当初、給水タンク20内は空(または設定値70未満)であり、噴霧装置55及び増湿装置56で水噴霧することができない。したがって、この図に示すように、まず、給水ライン41及び給水ライン42に給水することなく(即ち、給水ポンプ50を起動することなく)、ガスタービン(圧縮機1、再生熱交換器4、タービン2等)と燃料電池10を起動する。燃料電池10を起動すると、その内部で発生した水が給水タンク20に溜まり、時間経過とともに水量が増加する。その後、給水タンク20の水量が設定値70に達した以後に、給水ポンプ50を起動して水噴霧を開始する(時刻71)。この時刻71以後は、噴霧装置55及び増湿装置56で水噴霧することができるので、図5に示すようにシステムの電気出力を向上させることができる。   In a place / situation where water cannot be introduced from the outside, the inside of the water supply tank 20 is initially empty (or less than the set value 70), and the spray device 55 and the humidifier 56 cannot spray water. Therefore, as shown in this figure, first, without supplying water to the water supply line 41 and the water supply line 42 (that is, without starting the water supply pump 50), the gas turbine (the compressor 1, the regenerative heat exchanger 4, the turbine) 2) and the fuel cell 10 is started. When the fuel cell 10 is started, water generated inside the fuel cell 10 accumulates in the water supply tank 20, and the amount of water increases with time. Thereafter, after the amount of water in the water supply tank 20 reaches the set value 70, the water supply pump 50 is activated to start water spraying (time 71). After this time 71, water spray can be performed by the spray device 55 and the humidifier 56, so that the electrical output of the system can be improved as shown in FIG.

このようにシステムを起動させれば、燃料電池10で発生する水を利用することにより、水の少ない地域でも本実施の形態に係るハイブリッド発電システムを運用することができる。すなわち、給水ポンプ50が起動された時刻71以後は、噴霧装置55及び増湿装置56による出力及び効率の向上効果を発揮することができる。   If the system is started in this manner, the hybrid power generation system according to the present embodiment can be operated even in an area with little water by using the water generated in the fuel cell 10. That is, after the time 71 when the feed water pump 50 is activated, the output and efficiency improvement effects by the spray device 55 and the humidifier 56 can be exhibited.

なお、給水タンク20の水量をセンシングし、その水量が設定値70に達したら給水ポンプ50に起動信号を送信する制御装置を設け、給水ポンプ50の起動を自動制御しても良い。   It should be noted that a control device that senses the amount of water in the water supply tank 20 and transmits an activation signal to the water supply pump 50 when the amount of water reaches the set value 70 may be provided to automatically control the activation of the water supply pump 50.

また、上記では噴霧装置55及び増湿装置56に同時に給水する場合について説明したが、噴霧装置55に給水を開始するための給水タンク20の設定値と、増湿装置56に給水を開始するための給水タンク20の設定値を個別に設定し、噴霧装置55と増湿装置56に給水を開始する時刻に時間差を設けても構わない。この場合には、給水ライン41と給水ライン42に個別に給水できる構成とする必要があるが、その構成の具体例としては、給水ライン41,42の両方に給水ポンプ等の給水手段を設けるものや、給水ライン41,42の一方に給水ポンプを取り付け、他方には弁を取り付けるもの等がある。   In the above description, the case where water is supplied to the spray device 55 and the humidifier 56 at the same time has been described. However, the set value of the water supply tank 20 for starting water supply to the spray device 55 and the water supply to the humidifier 56 are started. The set value of the water supply tank 20 may be set individually, and a time difference may be provided in the time when water supply is started to the spray device 55 and the humidifier 56. In this case, the water supply line 41 and the water supply line 42 need to be configured to supply water individually. As a specific example of the configuration, water supply means such as a water supply pump is provided in both the water supply lines 41 and 42. Alternatively, there is a type in which a water supply pump is attached to one of the water supply lines 41 and 42 and a valve is attached to the other.

さらに、システムが熱交換器14の冷媒37として給水タンク20の水を循環供給する循環系統を備えている場合には、システム起動時から冷媒37用の水量が溜まるまで間、冷媒37として空気を利用すれば良い。   Further, when the system is provided with a circulation system that circulates and supplies the water in the water supply tank 20 as the refrigerant 37 of the heat exchanger 14, air is used as the refrigerant 37 from the time the system is started until the amount of water for the refrigerant 37 is accumulated. Use it.

次に本発明の第2の実施の形態について説明する。
図6は本発明の第2の実施の形態であるハイブリッド発電システムのシステム構成図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a system configuration diagram of a hybrid power generation system according to the second embodiment of the present invention.

この図に示すハイブリッド発電システムは、燃料電池10とタービン2の間に燃焼器3を備えている点で第1の実施の形態のものと異なる。燃焼器3は、燃料電池10からの高温ガス33に燃料(燃焼燃料)61を加えて燃焼し、タービン2に供給するための燃焼ガス34を生成するものである。   The hybrid power generation system shown in this figure is different from that of the first embodiment in that a combustor 3 is provided between the fuel cell 10 and the turbine 2. The combustor 3 adds a fuel (combustion fuel) 61 to the high-temperature gas 33 from the fuel cell 10 and burns it, thereby generating a combustion gas 34 to be supplied to the turbine 2.

このように燃料電池10の下流側に燃焼器3を設けると、高温ガス33の温度を燃焼反応で昇温できるので、燃料61の量を調節する等して所望の温度の燃焼ガス34を得ることができる。また、燃焼器3を設けると、高温ガス33内に未反応の燃料(電池燃料)60が残留している場合にもこれらを燃焼することができるので、燃料60の使用率を向上させることができる。なお、燃焼ガス34の温度が高い方がガスタービンの出力と効率は一般に向上するが、燃焼ガス34の温度をどの程度にするかは、ガスタービンの設計やハイブリッド発電システムのトータルのシステム設計による。   When the combustor 3 is provided on the downstream side of the fuel cell 10 as described above, the temperature of the high temperature gas 33 can be increased by a combustion reaction, so that the combustion gas 34 having a desired temperature is obtained by adjusting the amount of the fuel 61 or the like. be able to. Further, when the combustor 3 is provided, even when unreacted fuel (cell fuel) 60 remains in the high-temperature gas 33, these can be burned, so that the usage rate of the fuel 60 can be improved. it can. In general, the higher the temperature of the combustion gas 34, the higher the output and efficiency of the gas turbine. However, the level of the combustion gas 34 depends on the design of the gas turbine and the total system design of the hybrid power generation system. .

次に本発明の第3の実施の形態について説明する。
図7は本発明の第3の実施の形態であるハイブリッド発電システムのシステム構成図である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a system configuration diagram of a hybrid power generation system according to the third embodiment of the present invention.

この図に示すハイブリッド発電システムは、主に、タービン2のシャフトを支持する水潤滑軸受7と、給水タンク20から供給される水が貯蔵される循環水タンク21と、循環水タンク21内の水を水潤滑軸受7に循環供給する循環ポンプ51を備えている点で第1の実施の形態のものと異なる。なお、この図に示したシステムには燃焼器3が備えられているが、タービン2の入口温度が燃料電池10からの高温ガス33の温度で充分な場合には、第1の実施の形態と同様に燃焼器3を省略しても良い。   The hybrid power generation system shown in this figure mainly includes a water-lubricated bearing 7 that supports the shaft of the turbine 2, a circulating water tank 21 that stores water supplied from the water supply tank 20, and water in the circulating water tank 21. Is different from that of the first embodiment in that a circulation pump 51 is provided for circulating and supplying water to the water-lubricated bearing 7. The system shown in this figure is provided with the combustor 3. However, when the temperature of the inlet of the turbine 2 is sufficient as the temperature of the hot gas 33 from the fuel cell 10, the system of the first embodiment is used. Similarly, the combustor 3 may be omitted.

水潤滑軸受7は、発電機ロータ6の両端に設置されている。水潤滑軸受7には、給水ライン44が接続されており、循環ポンプ51によって循環水タンク21内の水が循環供給されている。給水ライン44を介して水潤滑軸受7に供給された水は、その後、排水ライン45を介して排水され、循環水タンク21内に戻る。ハイブリッド発電システムに比較的小型(例えば、数百kMW)かつ高速回転するタービンが利用される場合において、軸受として水潤滑軸受7を採用すると、潤滑油を利用したときよりも軸受損失を低下することができ、高効率化を図ることができる。また、水潤滑軸受7を用いれば、油を一切使用しない、いわゆるオイルフリーのシステムを構築することができる。これにより、油を使用できない環境(例えば、食品工場等)にもハイブリッド発電システムを構築することができるようになるので、システムの環境特性が向上する。   Water-lubricated bearings 7 are installed at both ends of the generator rotor 6. A water supply line 44 is connected to the water lubrication bearing 7, and water in the circulating water tank 21 is circulated and supplied by a circulation pump 51. The water supplied to the water-lubricated bearing 7 via the water supply line 44 is then drained via the drainage line 45 and returns to the circulating water tank 21. When a relatively small size (for example, several hundreds kW) and a turbine that rotates at high speed are used in the hybrid power generation system, if the water-lubricated bearing 7 is used as a bearing, the bearing loss is reduced as compared with the case where lubricating oil is used. And high efficiency can be achieved. If the water-lubricated bearing 7 is used, a so-called oil-free system that does not use any oil can be constructed. As a result, the hybrid power generation system can be constructed even in an environment where oil cannot be used (for example, a food factory), so that the environmental characteristics of the system are improved.

循環水タンク21は、給水ライン43を介して給水タンク20と接続されている。水潤滑軸受7に循環供給される潤滑水は、循環中に蒸発したり、漏れが生じたりするので、徐々に減少していく。給水ライン43は、この潤滑水の減少分を補うためのものである。また、給水ライン43には開閉弁80が設けられている。   The circulating water tank 21 is connected to the water supply tank 20 via a water supply line 43. Lubricating water circulated and supplied to the water-lubricated bearing 7 evaporates during the circulation or leaks, and therefore gradually decreases. The water supply line 43 is for compensating for the decrease in the lubricating water. The water supply line 43 is provided with an on-off valve 80.

開閉弁80は、循環水タンク21の水量が、水潤滑軸受7を利用するための水量として最低限必要な値(図8における設定値72)以上に保持されるように開かれる。開閉弁80が開かれると、給水タンク21の水が給水ライン43を介して循環水タンク21に供給される。この場合、給水タンク20と循環水タンク21の高さの関係によっては、水の自重で水タンク20から循環水タンク21に自然に水が流れることがある。この場合に潤滑水が減少したときには、開閉弁80を開くだけで水を補給することができる。また、これとは逆に、水の自重で循環水タンク21に自然に水が流れない場合には、給水ポンプを給水ライン43に設置し、そのポンプを必要に応じて作動させる必要がある。   The on-off valve 80 is opened so that the amount of water in the circulating water tank 21 is maintained at or above the minimum required value (set value 72 in FIG. 8) as the amount of water for using the water lubricated bearing 7. When the on-off valve 80 is opened, the water in the water supply tank 21 is supplied to the circulating water tank 21 via the water supply line 43. In this case, depending on the height relationship between the water supply tank 20 and the circulating water tank 21, water may naturally flow from the water tank 20 to the circulating water tank 21 due to its own weight. In this case, when the lubricating water decreases, the water can be replenished simply by opening the on-off valve 80. On the other hand, when water does not flow naturally into the circulating water tank 21 due to its own weight, it is necessary to install a water supply pump in the water supply line 43 and operate the pump as necessary.

上記のように構成される実施の形態によれば、水潤滑軸受7の継続的な使用によって潤滑水が減少しても、給水ライン43を介して給水タンク20中の水(燃料電池10で生成された水)を供給することができる。これにより、循環水の補充用に水を別途用意することなくオイルフリーのシステムを構築することができる。これは、外部から水を導入できない場所・状況において特に有利なメリットとなる。また、上記各実施の形態と比較して、燃料電池10で生成された水の消費量を増加することができるので、水の利用率が一層向上したハイブリッドシステムを構築することができる。次に、水を外部から導入できない場所・状況における本実施の形態のシステムの起動方法について具体的に説明する。   According to the embodiment configured as described above, even if the lubricating water is reduced by continuous use of the water-lubricated bearing 7, the water in the water supply tank 20 (generated by the fuel cell 10 is generated through the water supply line 43. Water). Thereby, an oil-free system can be constructed without separately preparing water for replenishing circulating water. This is a particularly advantageous merit in places and situations where water cannot be introduced from the outside. Moreover, since the consumption of the water produced | generated by the fuel cell 10 can be increased compared with said each embodiment, the hybrid system which the utilization factor of water improved further can be constructed | assembled. Next, a method for starting the system of the present embodiment in a place / situation where water cannot be introduced from the outside will be specifically described.

図8は、本実施の形態のハイブリッド発電システムに係るシステム起動スケジュールの説明図である。   FIG. 8 is an explanatory diagram of a system startup schedule according to the hybrid power generation system of the present embodiment.

この図の縦軸は循環水タンク21の水量、並びにガスタービン及び燃料電池10の動作状態を示し、横軸はシステム起動時からの経過時間を示している。縦軸における設定値72は、水潤滑軸受7を利用するための循環水タンク21の水量として最低限必要な値である。循環水タンク21内の水量を計測する手段としては、例えば、レベルゲージがある。また、横軸における時刻73は、ガスタービンを起動した時刻を示している。   The vertical axis of this figure shows the amount of water in the circulating water tank 21 and the operating state of the gas turbine and the fuel cell 10, and the horizontal axis shows the elapsed time since the system startup. The set value 72 on the vertical axis is a minimum required value as the amount of water in the circulating water tank 21 for using the water-lubricated bearing 7. As a means for measuring the amount of water in the circulating water tank 21, for example, there is a level gauge. A time 73 on the horizontal axis indicates a time when the gas turbine is started.

水を外部から導入できない場所・状況では、当初、循環水タンク21内は空(または設定値72未満)であり、水潤滑軸受7を利用することができず、ガスタービンを起動できない。したがって、この図に示すように、まず、ガスタービンは停止したまま、燃料電池10のみを起動する。燃料電池10を起動すると、その内部で発生した水が給水タンクに溜まるので、その水を給水ライン43を介して循環水タンク21に供給する。循環水タンク21の水量が増加して設定値70に達したら、それ以後に循環ポンプ51を起動して水潤滑系統を運転し、ガスタービンを起動する(時刻73)。このようにシステムを起動させれば、燃料電池10で発生する水を利用することにより、水の少ない地域でも本実施の形態に係るオイルフリーなハイブリッド発電システムを運用することができるので、システムの環境特性は一層向上する。   In a place / situation where water cannot be introduced from the outside, the circulating water tank 21 is initially empty (or less than the set value 72), the water lubricated bearing 7 cannot be used, and the gas turbine cannot be started. Therefore, as shown in this figure, first, only the fuel cell 10 is started while the gas turbine is stopped. When the fuel cell 10 is started, the water generated in the fuel cell 10 is accumulated in the water supply tank, and the water is supplied to the circulating water tank 21 through the water supply line 43. When the amount of water in the circulating water tank 21 increases and reaches the set value 70, the circulating pump 51 is started thereafter to operate the water lubrication system, and the gas turbine is started (time 73). If the system is started in this way, the oil-free hybrid power generation system according to the present embodiment can be operated even in an area where there is little water by using the water generated in the fuel cell 10. Environmental characteristics are further improved.

なお、このとき、システムに具備されている燃料電池が燃料改質を必要としないタイプのものであれば、燃料電池の作動中に改質用蒸気のための水を利用する必要がない。そのため、給水タンク20内の水のすべてを循環水タンク21に供給することができるので、上記で説明した燃料電池10の場合より、早くガスタービンを起動することができる。   At this time, if the fuel cell provided in the system is of a type that does not require fuel reforming, it is not necessary to use water for reforming steam during operation of the fuel cell. Therefore, since all the water in the water supply tank 20 can be supplied to the circulating water tank 21, a gas turbine can be started earlier than the case of the fuel cell 10 demonstrated above.

また、ガスタービンを起動した時点(時刻73)で、噴霧装置55及び増湿装置56に供給するために必要な量の水が給水タンク20内にない場合には、図5を用いて説明した例のように、必要な水量が溜まった以後に水噴霧を開始すれば良い。さらに、図5に関連して説明したように、循環水タンク21の水量をセンシングし、その水量が設定値72に達したらガスタービンに起動信号を送信する制御装置を設け、ガスタービンの起動を自動制御しても良いのはいうまでもない。   In addition, when the gas turbine is started (time 73), the amount of water required to be supplied to the spray device 55 and the humidifier 56 is not in the water supply tank 20, which has been described with reference to FIG. As in the example, water spraying may be started after the necessary amount of water has accumulated. Furthermore, as described in relation to FIG. 5, a control device is provided that senses the amount of water in the circulating water tank 21 and transmits a start signal to the gas turbine when the amount of water reaches the set value 72, thereby starting the gas turbine. Needless to say, automatic control may be performed.

Claims (11)

吸気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気を加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器からの圧縮空気を電池燃料の反応熱で加熱し、電池燃料の反応生成物である水を含む高温ガスを生成する燃料電池と、
この燃料電池からの高温ガスで駆動され、前記再生熱交換器に熱源となる排ガスを排出するタービンと、
前記再生熱交換器からの排ガス中の水を凝縮して回収する熱交換器と、
この熱交換器で回収された水が貯蔵される給水タンクと、
前記圧縮機の吸気、及び前記圧縮機から前記燃料電池に供給される圧縮空気に対して、前記給水タンクの水を供給する給水ポンプとを備えることを特徴とするハイブリッド発電システム。
A compressor that compresses the intake air;
A regenerative heat exchanger for heating the compressed air from the compressor;
A fuel cell that heats the compressed air from the regenerative heat exchanger with the reaction heat of the cell fuel, and generates a high-temperature gas containing water that is a reaction product of the cell fuel;
A turbine driven by high-temperature gas from the fuel cell and exhausting exhaust gas as a heat source to the regenerative heat exchanger;
A heat exchanger for condensing and recovering water in the exhaust gas from the regenerative heat exchanger;
A water supply tank for storing the water recovered by the heat exchanger;
A hybrid power generation system comprising: a water supply pump that supplies water from the water supply tank to intake air of the compressor and compressed air supplied from the compressor to the fuel cell.
請求項1記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記燃料電池を起動し、
前記給水タンクの水量が、前記圧縮機の吸気に供給するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記給水ポンプを利用して前記吸気に水噴霧することを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 1,
Start the fuel cell,
The hybrid power generation characterized in that after the amount of water in the water supply tank reaches a minimum required value as the amount of water to be supplied to the intake air of the compressor, water is sprayed on the intake air using the water supply pump. system.
請求項1記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記燃料電池を起動し、
前記給水タンクの水量が、前記圧縮機から前記再生熱交換器に供給される圧縮空気に供給するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記給水ポンプを利用して前記圧縮空気に水噴霧することを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 1,
Start the fuel cell,
After the amount of water in the water supply tank reaches the minimum required value as the amount of water to be supplied to the compressed air supplied from the compressor to the regenerative heat exchanger, the compressed air is used by using the water supply pump. A hybrid power generation system characterized by spraying water on the surface.
請求項1記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記燃料電池を起動し、
前記給水タンクの水量が、前記圧縮機の吸気、及び前記圧縮機から前記再生熱交換器に供給される圧縮空気に供給するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記給水ポンプを利用して前記吸気及び前記圧縮空気に水噴霧することを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 1,
Start the fuel cell,
After the amount of water in the water supply tank reaches the minimum required value as the amount of water to be supplied to the intake air of the compressor and the compressed air supplied from the compressor to the regenerative heat exchanger, the water supply pump A hybrid power generation system using water to spray the intake air and the compressed air.
請求項1記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記タービンのシャフトを支持する水潤滑軸受と、
前記給水タンクから供給される水が貯蔵される循環水タンクと、
この循環水タンク内の水を前記水潤滑軸受に循環供給する循環ポンプとをさらに備えることを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 1,
A water-lubricated bearing that supports the turbine shaft;
A circulating water tank in which water supplied from the water supply tank is stored;
The hybrid power generation system further comprising: a circulation pump that circulates and supplies the water in the circulation water tank to the water-lubricated bearing.
請求項5記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記循環水タンクの水量が、前記水潤滑軸受を利用するための水量として最低限必要な値以上に保持されるように、前記給水タンクの水を前記循環水タンクに供給することを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 5, wherein
The water in the water tank is supplied to the circulating water tank so that the amount of water in the circulating water tank is maintained at a value more than a minimum required as the amount of water for using the water lubricated bearing. Hybrid power generation system.
請求項5記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記燃料電池を起動し、
前記循環水タンクの水量が、前記水潤滑軸受を利用するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記圧縮機、前記再生熱交換器、及び前記タービンを有するガスタービンを起動することを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 5, wherein
Start the fuel cell,
The gas turbine having the compressor, the regenerative heat exchanger, and the turbine is started after the amount of water in the circulating water tank reaches a minimum required value as the amount of water for using the water-lubricated bearing. A hybrid power generation system characterized by that.
請求項7記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記ガスタービンを起動した後であって、前記給水タンクの水量が、前記圧縮機の吸気、及び前記圧縮機から前記再生熱交換器に供給される圧縮空気に供給するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記給水ポンプを起動することを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 7, wherein
After starting the gas turbine, the amount of water in the water supply tank is the minimum required as the amount of water to be supplied to the intake air of the compressor and the compressed air supplied from the compressor to the regenerative heat exchanger The hybrid power generation system is characterized by starting the water supply pump after reaching a certain value.
請求項1記載のハイブリッド発電システムにおいて、
前記燃料電池からの高温ガスに燃焼燃料を加えて燃焼し、前記タービンに供給するための燃焼ガスを生成する燃焼器をさらに備えることを特徴とするハイブリッド発電システム。
The hybrid power generation system according to claim 1,
A hybrid power generation system further comprising a combustor that adds combustion fuel to the high-temperature gas from the fuel cell and burns the fuel cell to generate combustion gas for supply to the turbine.
吸気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気を加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器からの圧縮空気を電池燃料の反応熱で加熱し、電池燃料の反応生成物である水を含む高温ガスを生成する燃料電池と、
この燃料電池からの高温ガスで駆動され、前記再生熱交換器に熱源となる排ガスを排出するタービンと、
前記再生熱交換器からの排ガス中の水を凝縮して回収する熱交換器と、
この熱交換器で回収された水が貯蔵される給水タンクとを備えるハイブリッド発電システムの運転方法であって、
前記燃料電池を起動し、
前記給水タンクの水量が、前記圧縮機の吸気、及び前記圧縮機から前記再生熱交換器に供給される圧縮空気に供給するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記給水タンクの水を前記吸気及び前記圧縮空気に対して供給することを特徴とするハイブリッド発電システムの運転方法。
A compressor that compresses the intake air;
A regenerative heat exchanger for heating the compressed air from the compressor;
A fuel cell that heats the compressed air from the regenerative heat exchanger with the reaction heat of the cell fuel, and generates a high-temperature gas containing water that is a reaction product of the cell fuel;
A turbine driven by high-temperature gas from the fuel cell and exhausting exhaust gas as a heat source to the regenerative heat exchanger;
A heat exchanger for condensing and recovering water in the exhaust gas from the regenerative heat exchanger;
A method for operating a hybrid power generation system comprising a water supply tank in which water collected by the heat exchanger is stored,
Start the fuel cell,
After the amount of water in the water supply tank reaches the minimum required value as the amount of water to be supplied to the intake air of the compressor and the compressed air supplied from the compressor to the regeneration heat exchanger, the water supply tank The method for operating a hybrid power generation system is characterized in that water is supplied to the intake air and the compressed air.
吸気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気を加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器からの圧縮空気を電池燃料の反応熱で加熱し、電池燃料の反応生成物である水を含む高温ガスを生成する燃料電池と、
この燃料電池からの高温ガスで駆動され、前記再生熱交換器に熱源となる排ガスを排出するタービンと、
前記再生熱交換器からの排ガス中の水を凝縮して回収する熱交換器と、
この熱交換器で回収された水が貯蔵される給水タンクと、
前記圧縮機の吸気、及び前記圧縮機から前記燃料電池に供給される圧縮空気に対して、前記給水タンクの水を供給する給水ポンプと、
前記タービンのシャフトを支持する水潤滑軸受と、
前記給水タンクから供給される水が貯蔵される循環水タンクと、
この循環水タンク内の水を前記水潤滑軸受に供給する循環ポンプとを備えるハイブリッド発電システムの運転方法であって、
前記燃料電池を起動し、
前記循環水タンクの水量が、前記水潤滑軸受を利用するための水量として最低限必要な値に達した以後に、前記圧縮機、前記再生熱交換器、及び前記タービンを有するガスタービンを起動することを特徴とするハイブリッド発電システムの運転方法。
A compressor that compresses the intake air;
A regenerative heat exchanger for heating the compressed air from the compressor;
A fuel cell that heats the compressed air from the regenerative heat exchanger with the reaction heat of the cell fuel, and generates a high-temperature gas containing water that is a reaction product of the cell fuel;
A turbine driven by high-temperature gas from the fuel cell and exhausting exhaust gas as a heat source to the regenerative heat exchanger;
A heat exchanger for condensing and recovering water in the exhaust gas from the regenerative heat exchanger;
A water supply tank for storing the water recovered by the heat exchanger;
A water supply pump for supplying water in the water supply tank to the intake air of the compressor and the compressed air supplied from the compressor to the fuel cell;
A water-lubricated bearing that supports the turbine shaft;
A circulating water tank in which water supplied from the water supply tank is stored;
An operation method of a hybrid power generation system comprising a circulation pump for supplying water in the circulation water tank to the water lubricated bearing,
Start the fuel cell,
The gas turbine having the compressor, the regenerative heat exchanger, and the turbine is started after the amount of water in the circulating water tank reaches a minimum required value as the amount of water for using the water-lubricated bearing. An operation method of a hybrid power generation system characterized by the above.
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