JP2018195377A - Fuel battery and composite power generation system - Google Patents
Fuel battery and composite power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018195377A JP2018195377A JP2017095580A JP2017095580A JP2018195377A JP 2018195377 A JP2018195377 A JP 2018195377A JP 2017095580 A JP2017095580 A JP 2017095580A JP 2017095580 A JP2017095580 A JP 2017095580A JP 2018195377 A JP2018195377 A JP 2018195377A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- steam
- fuel
- power generation
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、メタン等の水蒸気改質が可能なガスを十分に含まない炭化水素系ガス(例えば石炭ガス化ガス)が燃料として用いられる燃料電池および複合発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell and a combined power generation system in which a hydrocarbon-based gas (for example, coal gasification gas) that does not sufficiently contain a gas capable of steam reforming such as methane is used as a fuel.
燃料ガスと酸化性ガスとを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、都市ガスや天然ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このようなSOFCは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。このようなSOFCは、例えばガスタービン等の内燃機関と組み合わせて複合発電システムを構成することができる。複合発電システムは、圧縮機から吐出される圧縮空気をSOFCの空気極に供給するとともに、SOFCから排出される高温の排燃料ガスを、ガスタービンの燃焼器に供給して燃焼させ、燃焼器で発生した燃焼ガスでタービンを回転させることで、発電効率の高い発電が可能とされている。 There is known a fuel cell that generates electric power by chemically reacting a fuel gas and an oxidizing gas. Among these, a solid oxide fuel cell (SOFC) is a fuel cell that uses ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte and is operated using city gas or natural gas as fuel. Such an SOFC is known as a high-efficiency high-temperature fuel cell that is versatile and has a high operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity. Such a SOFC can be combined with an internal combustion engine such as a gas turbine to form a combined power generation system. In the combined power generation system, compressed air discharged from the compressor is supplied to the SOFC air electrode, and high-temperature exhaust fuel gas discharged from the SOFC is supplied to the combustor of the gas turbine and burned. Power generation with high power generation efficiency is possible by rotating the turbine with the generated combustion gas.
SOFCの発電時には、固体電解質膜と燃料極及び空気極で形成された燃料電池セルが発熱する。燃料電池セルは、発電効率や耐久性等の観点に基づいて、予め設定された温度範囲で発電を行うのが好ましい。
メタンをベースとする都市ガスや天然ガスを用いる場合には、燃料極の触媒作用を用いてメタンの燃料電池セルでの内部改質が可能である。内部改質は、メタン(CH4)と水蒸気との混合ガスを反応させ、燃料電池セルで水素(H2)と一酸化炭素(CO)に改質するものである。この内部改質は吸熱反応であるため、燃料電池セルを冷却する役割を果たしている。
During power generation of the SOFC, the fuel cell formed by the solid electrolyte membrane, the fuel electrode, and the air electrode generates heat. The fuel cell preferably generates power in a preset temperature range based on viewpoints such as power generation efficiency and durability.
When city gas or natural gas based on methane is used, the internal reforming of methane in the fuel cell can be performed using the catalytic action of the fuel electrode. In the internal reforming, a mixed gas of methane (CH 4 ) and water vapor is reacted to reform into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) in a fuel cell. Since this internal reforming is an endothermic reaction, it plays the role of cooling the fuel cell.
特許文献1には、ガス化炉から供給されるガス化ガスである燃料ガスを、水分供給器から送出された水蒸気を用いて改質する改質器が開示されている。
特許文献2では、水蒸気改質に用いる水蒸気を得るために、発電部を囲む断熱材の内部に伝熱管を配置し、伝熱管内に水を供給することによって水蒸気を生成する発明が開示されている。
In patent document 2, in order to obtain the steam used for steam reforming, an invention is disclosed in which a heat transfer tube is arranged inside a heat insulating material surrounding a power generation unit and water is supplied into the heat transfer tube to generate steam. Yes.
しかし、石炭ガス化ガスのようにメタンをほとんど含まないガスを燃料として用いる場合には、水蒸気改質による吸熱を利用できないので、酸化性ガスとしての空気を冷却用として外部より発電に必要な量よりも余分に発電部へ供給する必要がある。あるいは、大量の発電後の排空気を冷却しリサイクルして発電部の温度を維持する必要があるが、これでは空気を供給するための動力が必要になる。 However, when a gas that contains almost no methane, such as coal gasification gas, is used as the fuel, the endothermic heat generated by steam reforming cannot be used. It is necessary to supply it to the power generation unit more than that. Alternatively, it is necessary to cool and recycle a large amount of exhaust air after power generation to maintain the temperature of the power generation unit, but this requires power for supplying air.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水蒸気改質が可能なガスを十分に含まない炭化水素系ガスが燃料として用いられる場合であっても、発電室内を効果的に冷却でき発電効率を向上させることができる燃料電池および複合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 in view of such circumstances, and even when a hydrocarbon-based gas that does not sufficiently contain a gas capable of steam reforming is used as a fuel, the power generation chamber is effective. An object of the present invention is to provide a fuel cell and a combined power generation system that can be cooled to each other and improve power generation efficiency.
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池および複合発電システムは以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the fuel cell and the combined power generation system of the present invention employ the following means.
本発明にかかる燃料電池は、水蒸気改質が可能なガスが10vol%以下とされた炭化水素系ガスが燃料として導かれ、燃料電池セルが形成された複数のセルスタックが配置されたセルスタック群と、前記セルスタック群を収容して発電室を形成する断熱壁部と、前記発電室内に配置され、内部に冷却水または水蒸気が導かれる伝熱管と、を備えている。 A fuel cell according to the present invention is a cell stack group in which a plurality of cell stacks each having a fuel cell formed therein are arranged by introducing a hydrocarbon-based gas whose gas capable of steam reforming is 10 vol% or less as a fuel. And a heat insulating wall portion that houses the cell stack group and forms a power generation chamber, and a heat transfer tube that is disposed in the power generation chamber and into which cooling water or water vapor is guided.
水蒸気改質が可能なガス(メタンやプロパン等)が10vol%以下とされた炭化水素系ガスを燃料としているので、メタン等の水蒸気改質による吸熱反応を利用できない。そこで、発電室内に、内部に冷却水または水蒸気が導かれる伝熱管を配置することで、発電室内を冷却し、発電室内の温度の上昇を抑制することとした。これにより、発電室内を冷却するために酸化性ガス(例えば空気)を大量に供給する必要がなくなる。
「水蒸気改質が可能なガスが10vol%以下とされた炭化水素系ガス」としては、例えば、石炭ガス化ガスが挙げられる。
Since the hydrocarbon-based gas in which the gas capable of steam reforming (methane, propane or the like) is 10 vol% or less is used as a fuel, the endothermic reaction due to steam reforming of methane or the like cannot be used. Therefore, by arranging a heat transfer tube through which cooling water or water vapor is guided inside the power generation chamber, the power generation chamber is cooled to suppress an increase in temperature in the power generation chamber. This eliminates the need to supply a large amount of oxidizing gas (for example, air) to cool the power generation chamber.
Examples of the “hydrocarbon gas whose gas capable of steam reforming is 10 vol% or less” include coal gasification gas.
さらに、本発明の燃料電池では、前記発電室内の温度を計測する温度センサと、前記伝熱管内を流れる前記冷却水または水蒸気の流量を制御する流量制御弁と、前記温度センサから得られた前記温度に基づいて前記流量制御弁を制御する制御部と、を備えている。 Furthermore, in the fuel cell of the present invention, a temperature sensor that measures the temperature in the power generation chamber, a flow rate control valve that controls the flow rate of the cooling water or water vapor that flows in the heat transfer tube, and the temperature sensor that is obtained from the temperature sensor. And a control unit that controls the flow rate control valve based on temperature.
温度センサから得られた温度に基づいて流量制御弁を制御することとしたので、伝熱管における吸熱量を調整して発電室内の温度を所望値に制御することができる。 Since the flow control valve is controlled based on the temperature obtained from the temperature sensor, the amount of heat absorbed in the heat transfer tube can be adjusted to control the temperature in the power generation chamber to a desired value.
さらに、本発明の燃料電池は、水蒸気改質が可能なガスが10vol%以下とされた炭化水素系ガスが燃料として導かれ、燃料電池セルが形成された複数のセルスタックが配置されたセルスタック群と、前記セルスタック群は、複数とされ、各前記セルスタック群の間には、内部に冷却水または水蒸気が導かれる伝熱管が設けられている。 Furthermore, the fuel cell of the present invention is a cell stack in which a plurality of cell stacks in which fuel cell cells are formed are provided by introducing hydrocarbon-based gas whose gas capable of steam reforming is 10 vol% or less as fuel. There are a plurality of groups and cell stack groups, and between each of the cell stack groups, a heat transfer tube through which cooling water or water vapor is guided is provided.
セルスタック群の間に伝熱管を配置することとしたので、セルスタック群内の温度分布を緩和することができる。これにより、セルスタック間の電流アンバランスを改善し、より安定した運転を実現することができる。 Since the heat transfer tubes are arranged between the cell stack groups, the temperature distribution in the cell stack groups can be relaxed. Thereby, the current imbalance between cell stacks can be improved and more stable operation can be realized.
さらに、本発明の燃料電池では、前記伝熱管に接続され、水蒸気を前記炭化水素系ガスに導く水蒸気供給管を備えている。 Furthermore, the fuel cell of the present invention includes a water vapor supply pipe that is connected to the heat transfer pipe and guides water vapor to the hydrocarbon gas.
水蒸気供給管によって水蒸気を炭化水素系ガスに導くことで、炭化水素系ガス中のカーボンが析出することを抑制することができる。 By introducing water vapor into the hydrocarbon gas through the water vapor supply pipe, it is possible to suppress the precipitation of carbon in the hydrocarbon gas.
さらに、本発明の燃料電池では、前記伝熱管に接続されたボイラと、前記伝熱管に前記冷却水を供給する冷却水供給経路と、前記伝熱管に前記ボイラにて生成された蒸気を供給する蒸気供給経路とを備え、前記冷却水供給経路と前記蒸気供給経路とが切り替え可能とされている。 Furthermore, in the fuel cell of the present invention, a boiler connected to the heat transfer tube, a cooling water supply path for supplying the cooling water to the heat transfer tube, and steam generated by the boiler to the heat transfer tube are supplied. A steam supply path is provided, and the cooling water supply path and the steam supply path can be switched.
伝熱管にボイラを接続することにより、ボイラにて生成された蒸気を伝熱管に供給できるようにした。これにより、燃料電池の起動時に発電室内を昇温させることができる。
冷却水供給経路と蒸気供給経路とが切り替え可能とすることで、起動時にはボイラから導かれた蒸気を伝熱管に供給するようにし、発電時には冷却水を伝熱管に供給するようにする。これにより、伝熱管を冷却用だけでなく昇温用としても利用することができる。
By connecting a boiler to the heat transfer tube, steam generated by the boiler can be supplied to the heat transfer tube. Thereby, the temperature in the power generation chamber can be raised when the fuel cell is started.
By switching between the cooling water supply path and the steam supply path, the steam guided from the boiler is supplied to the heat transfer pipe at the time of startup, and the cooling water is supplied to the heat transfer pipe at the time of power generation. Thereby, the heat transfer tube can be used not only for cooling but also for heating.
さらに、本発明の燃料電池では、前記冷却水供給経路を流れる冷却水の流量を制御する冷却水流量制御手段と、前記蒸気供給経路を流れる蒸気の流量を制御する蒸気流量制御手段とを備えている。 Furthermore, the fuel cell of the present invention includes a cooling water flow rate control means for controlling the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water supply path, and a steam flow rate control means for controlling the flow rate of the steam flowing through the steam supply path. Yes.
起動時には、蒸気流量制御手段によってボイラから導かれた蒸気を伝熱管に供給し、必要に応じて冷却水流量制御手段によって冷却水を供給する。発電時には冷却水流量制御手段及び/又は蒸気流量制御手段によって冷却水または水蒸気を伝熱管に供給するようにする。これにより、起動時及び発電時に発電室の温度を所望値に設定することができる。 At startup, the steam guided from the boiler by the steam flow control means is supplied to the heat transfer tube, and the cooling water is supplied by the cooling water flow control means as necessary. During power generation, the cooling water flow rate control means and / or the steam flow rate control means supplies cooling water or steam to the heat transfer tubes. Thereby, the temperature of a power generation chamber can be set to a desired value at the time of start-up and power generation.
また、本発明の燃料電池は、水蒸気改質が可能なガスが10vol%以下とされた炭化水素系ガスが燃料として導かれ、燃料電池セルが形成された複数のセルスタックが配置されたセルスタック群と、該セルスタック群を収容して発電室を形成する断熱壁部と、前記発電室内に配置された各前記セルスタックと前記断熱壁部との間に水または水蒸気を供給する水供給手段と、を備えている。 Further, the fuel cell of the present invention is a cell stack in which a plurality of cell stacks in which fuel cells are formed are introduced as a hydrocarbon-based gas whose gas capable of steam reforming is 10 vol% or less. A water supply means for supplying water or steam between each of the cell stacks and the heat insulation wall disposed in the power generation chamber; And.
水蒸気改質が可能なガス(メタンやプロパン等)が10vol%以下とされた炭化水素系ガスを燃料としているので、メタン等の水蒸気改質による吸熱反応を利用できない。そこで、セルスタックと断熱壁部との間に水または水蒸気を供給する水供給手段を設けることとし、発電室内を冷却し、発電室内の温度の上昇を抑制することとした。これにより、発電室内を冷却するために酸化性ガス(例えば空気)を大量に供給する必要がなくなる。
「水蒸気改質が可能なガスが10vol%以下とされた炭化水素系ガス」としては、例えば、石炭ガス化ガスが挙げられる。
Since the hydrocarbon-based gas in which the gas capable of steam reforming (methane, propane or the like) is 10 vol% or less is used as a fuel, the endothermic reaction due to steam reforming of methane or the like cannot be used. Therefore, water supply means for supplying water or water vapor is provided between the cell stack and the heat insulating wall portion, and the power generation chamber is cooled to suppress an increase in temperature in the power generation chamber. This eliminates the need to supply a large amount of oxidizing gas (for example, air) to cool the power generation chamber.
Examples of the “hydrocarbon gas whose gas capable of steam reforming is 10 vol% or less” include coal gasification gas.
さらに、本発明の燃料電池では、前記水供給手段は、各前記セルスタックと前記断熱壁との間に配置された水スプレー管とされている。 Furthermore, in the fuel cell of the present invention, the water supply means is a water spray pipe disposed between each cell stack and the heat insulating wall.
セルスタックと断熱壁との間に水スプレー管から水を供給することとしたので、水の蒸発潜熱によって発電室内を効果的に冷却することができる。
なお、水スプレー管に供給される水は、スプレー水が混合され発電室から排出されたガス(例えば排空気)を冷却して凝縮させた水を再利用しても良い。
Since water is supplied from the water spray pipe between the cell stack and the heat insulating wall, the power generation chamber can be effectively cooled by the latent heat of vaporization of water.
The water supplied to the water spray pipe may be reused by cooling and condensing the gas (for example, exhaust air) mixed with the spray water and discharged from the power generation chamber.
さらに、本発明の燃料電池は、水蒸気改質が可能なガスが10vol%以下とされた炭化水素系ガスが燃料として導かれ、燃料電池セルが形成された複数のセルスタックが配置されたセルスタック群と、前記セルスタック群は、複数とされ、各前記セルスタック群の間には、水または水蒸気を供給する水スプレー管が設けられている。 Furthermore, the fuel cell of the present invention is a cell stack in which a plurality of cell stacks in which fuel cell cells are formed are provided by introducing hydrocarbon-based gas whose gas capable of steam reforming is 10 vol% or less as fuel. There are a plurality of groups and cell stack groups, and water spray tubes for supplying water or water vapor are provided between the cell stack groups.
セルスタック群の間に水スプレー管を配置することとしたので、セルスタック群内の温度分布を緩和することができる。これにより、セルスタック間の電流アンバランスを改善し、より安定した運転を実現することができる。 Since the water spray tube is arranged between the cell stack groups, the temperature distribution in the cell stack group can be relaxed. Thereby, the current imbalance between cell stacks can be improved and more stable operation can be realized.
さらに、本発明の燃料電池では、各前記セルスタックと前記断熱壁との間に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給管を備え、前記水供給手段は、前記酸化性ガス供給管内を流れる前記酸化性ガスを加湿する加湿スプレーとされている。 The fuel cell of the present invention further includes an oxidizing gas supply pipe that supplies an oxidizing gas between each of the cell stacks and the heat insulating wall, and the water supply means flows through the oxidizing gas supply pipe. It is a humidifying spray that humidifies oxidizing gas.
加湿スプレーによって酸化性ガス供給管内を流れる酸化性ガスを加湿することにより、セルスタックと断熱壁との間に供給される酸化性ガスの熱容量を増大させて冷却能力を向上させることができる。
なお、酸化性ガス供給管がガスタービンの圧縮機と接続されている場合には、圧縮機から導かれた酸化性ガスは高温とされているので、加湿スプレーから供給された水は酸化性ガスの顕熱によって容易に水蒸気となる。
また、加湿スプレーに供給される水は、発電室から排出された酸化性ガス(例えば排空気)を冷却して凝縮させた水を再利用しても良い。
By humidifying the oxidizing gas flowing in the oxidizing gas supply pipe by the humidifying spray, the heat capacity of the oxidizing gas supplied between the cell stack and the heat insulating wall can be increased and the cooling capacity can be improved.
When the oxidizing gas supply pipe is connected to the compressor of the gas turbine, the oxidizing gas introduced from the compressor is at a high temperature, so the water supplied from the humidifying spray is the oxidizing gas. It becomes water vapor easily by sensible heat.
Moreover, the water supplied to the humidifying spray may be reused by cooling and condensing the oxidizing gas (for example, exhaust air) discharged from the power generation chamber.
また、本発明の複合発電システムは、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、前記ガス化炉にてガス化されたガス化ガスが導かれる請求項1から7のいずれかに記載された燃料電池と、前記燃料電池から排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとを用いて回転動力を生成するガスタービンと、前記ガスタービンの回転動力によって駆動されて発電するガスタービン発電機と、前記ガスタービンから排出された排ガスによって蒸気を生成する排ガスボイラと、前記排ガスボイラで生成された蒸気によって回転動力を生成する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転動力によって駆動されて発電する蒸気タービン発電機と、を備えている。
The combined power generation system of the present invention is described in any one of
水蒸気改質が可能なガスを十分に含まない炭化水素系ガスが燃料として用いられる場合であっても、発電室内を冷却するために酸化性ガス(例えば空気)を大量に供給する必要がなくなる。 Even when a hydrocarbon-based gas that does not sufficiently contain a gas capable of steam reforming is used as a fuel, it is not necessary to supply a large amount of oxidizing gas (for example, air) to cool the power generation chamber.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
<複合発電システム>
図1には、SOFCモジュール201を用いた複合発電システム1が示されている。本実施形態の複合発電システム1は、石炭(炭素含有固体燃料)をガス化して得られる燃料を用いて複合発電をする石炭ガス化燃料電池複合発電システム(IGFC:Integrated coal Gasification Fuel cell Combined Cycle)である。なお、ガス化炉でガス化する炭素含有固体燃料は、本実施形態の石炭に限定されることはなく、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ等のバイオマス燃料にも適用可能である。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
In the following, for convenience of explanation, the positional relationship of each component is specified using the expressions “upper” and “lower” on the basis of the paper surface, but this is not necessarily limited to the vertical direction. For example, the upward direction on the paper surface may correspond to the downward direction in the vertical direction. Moreover, you may respond | correspond to the horizontal direction where the up-down direction in a paper surface goes orthogonally to a perpendicular direction.
<Composite power generation system>
FIG. 1 shows a combined
複合発電システム1は、石炭をガス化炉(不図示)でガス化してガス精製部(不図示)により精製した石炭ガス化ガスを燃料ガスとして供給してSOFCモジュール201によって行われる発電と、ガスタービン40の回転動力によって駆動されるガスタービン発電機40Gによって行われる発電と、ガスタービン40から排出される燃焼排ガスの排熱を利用して発生した蒸気を導入して運転する蒸気タービン51の回転動力によって駆動される蒸気タービン発電機51Gによって行われる発電とを組み合わせて、複合発電を行うように構成されている。
The combined
ガス火炉でガス化された石炭ガス化ガスは、ガス精製部において必要な脱硫等の各種処理を施すことにより、SOFCモジュール201及びガスタービン40の運転に使用する燃料ガス(石炭ガス化ガス)となる。石炭ガス化ガスは、水素や一酸化炭素が主成分であり、メタンはほとんど含まれていない。
The coal gasification gas gasified in the gas furnace is subjected to various treatments such as desulfurization required in the gas refining unit, and the fuel gas (coal gasification gas) used for the operation of the
石炭ガス化ガスは、図1に示した燃料ガス供給管207を通り、SOFCモジュール201へと供給される。SOFCモジュール201にて発電に使用された後の排燃料ガスは、図1に示した燃料ガス排出管209を通り、ガスタービン40の燃焼器41へと導かれる。
The coal gasification gas is supplied to the
SOFCモジュール201とガスタービン40の圧縮機42との間には、酸化性ガス供給管208が設けられている。酸化性ガス供給管208を通り、圧縮機42で圧縮された空気が酸化性ガスとしてSOFCモジュール201へと導かれる。SOFCモジュール201にて発電に使用された後の排酸化性ガスは、酸化性ガス排出管210を通り、ガスタービン40の燃焼器41へと導かれる。
An oxidizing
ガスタービン40は、燃焼器41と、圧縮機42と、タービン43と備えている。燃焼器41は、SOFCモジュール201から酸化性ガス排出管210を介して導かれる排酸化性ガスと、SOFCモジュール201から燃料ガス排出管209を介して導かれる排燃料ガスとを燃焼させ、高温高圧の燃焼排ガスを生成する。この燃焼排ガスがタービン43へ供給されることにより、タービン43を回転させて軸出力を発生する。タービン43で発生させた軸出力は、同軸に連結されたガスタービン発電機40Gを駆動する。ガスタービン40の軸出力の一部は、圧縮機42の継続運転に使用される。
The
タービン43の出口側の燃焼排ガス排出管44と、圧縮機42の出口側の酸化性ガス供給管208との間には、再生熱交換器45が設けられている。再生熱交換器45によってタービン43から排出される燃焼排ガスから熱回収し、圧縮機42で圧縮された空気を加熱するようになっている。
A
再生熱交換器45にて熱回収した後の燃焼排ガスは、まだ十分な熱量を保有しているので、燃焼排ガス排出管44を介してHRSG(排熱回収ボイラ:排ガスボイラ)50へ供給される。HRSG50では、ガスタービン40から供給される燃焼排ガスと、復水ポンプ53から導かれる水とを熱交換して蒸気を生成する。
The combustion exhaust gas after heat recovery by the
HRSG50で生成された蒸気は、蒸気タービン51に供給され、蒸気タービン51を駆動源とする蒸気タービン発電機51Gによって発電が行われる。蒸気タービン51にて仕事を終えた後の蒸気は、復水器54へと導かれて凝縮液化される。復水器54にて液化した復水は、復水ポンプ53によって再びHRSG50へと導かれる。
The steam generated by the
HRSG50を通過した後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出管44を通り、煙突52から大気へ放出される。
The combustion exhaust gas after passing through the
<発電室の冷却構造>
次に、SOFCモジュール201の発電室215の冷却構造について説明する。
図1に示すように、圧力容器とされたモジュール容器229内には、SOFCカートリッジ203が設けられている。なお、モジュール容器229内には複数のSOFCカートリジ203が設けられているが、図1では理解の容易のために1つのSOFCカートリッジ203のみが示されている。
<Cooling structure of power generation room>
Next, the cooling structure of the
As shown in FIG. 1, a
SOFCカートリッジ203は、断熱壁部228と、所定間隔を空けて整列配置された複数のセルスタック101(以下、整列配置された複数のセルスタックを「セルスタック群」という。)とを備えている。断熱壁部228に囲まれた領域が発電室215とされている。発電室215内の酸化性ガスが流通する領域、すなわちセルスタック101と断熱壁部228との間には、内部に水または水蒸気が流れる伝熱管3が設けられている。伝熱管3の上流側には、冷却水または水蒸気を供給するための供給配管(蒸気供給経路)5aが接続されている。
The
断熱壁部228は、発電室215を形成するように発電室215の側方周囲を覆っており、発電室215内を流れる酸化性ガスの流れをガイドする役割を果たす。これにより、酸化性ガスを優先的に発電室215内に流すことにより電池反応を効果的に行わせると共に酸化性ガスにより電池反応で発生した熱の冷却を効率的に行うことができる。発電室で電池反応に供された酸化性ガスは酸化性ガス排出管210を通ってモジュール外へ排出される。なお、断熱壁部228は、発電室215内を密閉するものではなく、一部の酸化性ガスが発電室215の外に流出する。したがって、モジュール容器229内は、断熱壁部228から発電室215外へ流出した酸化性ガスと、断熱壁部228からの輻射熱によって高温となる。
The
伝熱管3は、図1に示したようにセルスタック群の側方に配置しても良いが、セルスタック群の内部、すなわち所定間隔で整列配列されたセルスタック101の1本又は数本を取り除き、その位置に伝熱管3を配置するようにしても良い。これにより、発電室215内のスペース効率を向上させることができる。
As shown in FIG. 1, the
供給配管5aの上流側には、補助ボイラ8が設けられている。補助ボイラ8は、SOFCモジュール201の起動時に給水ポンプ6からの水の供給を受けて動作する。補助ボイラ8にて生成された蒸気は、伝熱管3へと導かれて発電室215内を昇温するようになっている。補助ボイラ8の上流側は給水流量制御弁(蒸気流量制御手段)7と復水供給配管5を介して復水ポンプ53に接続されている。したがって、復水ポンプ53から吐出された復水は、HRSG50だけでなく復水供給配管5を介して伝熱管3にも導かれるようになっている。
An
また、補助ボイラ8及び給水流量制御弁7をバイパスするように、冷却水供給配管(冷却水供給経路)9が設けられている。冷却水供給配管9には、冷却水流量制御弁10が設けられている。冷却水流量制御弁10は、発電室215内の温度を計測する温度センサ11で得られた温度に基づいて制御部12によってその開度が制御される。温度センサ11は、例えば熱電対とされており、感温部が発電室215の内部に位置するように発電室215の外部から挿入されている。
A cooling water supply pipe (cooling water supply path) 9 is provided so as to bypass the
復水供給配管5の途中位置には、給水ポンプ6が接続されている。給水ポンプ6は、SOFCモジュール201の起動時に水を補給するためや、炭素析出防止用に燃料系統へ供給する蒸気を補うためのものである。
A
制御部12は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
The
伝熱管3の下流側には、蒸気排出配管15が接続されている。蒸気排出配管15の下流側は、蒸気タービン51の上流側の蒸気入口配管56に接続されている。これにより、伝熱管3から排出された蒸気は、蒸気タービン51へと導かれるようになっている。なお、蒸気排出配管15をHRSG50へ接続して、HRSG50で蒸気を過熱するようにしても良い。
A
蒸気排出配管15の途中位置には、燃料ガス供給管207に接続される抽気配管(水蒸気供給管)16が設けられている。抽気配管16には、石炭ガス化ガスの組成に応じて制御部12によって開度が制御される抽気流量制御弁17が設けられている。蒸気排出配管15を流れる一部の蒸気を、抽気配管16を介して燃料ガス供給管207へ導くことで、燃料ガス供給管207を流れる石炭ガス化ガス中のカーボンが析出することを防止するようになっている。
An extraction pipe (steam supply pipe) 16 connected to the fuel
次に、上記構成のSOFCモジュール201の発電室215の加熱方法及び冷却方法について説明する。
SOFCモジュール201の起動時には、復水ポンプ53からの水供給が行われず、給水ポンプ6から補助ボイラ8へ給水が行われる。このとき、制御部12の指令により、給水流量制御弁7は開とされ、冷却水流量制御弁10は閉とされる。補助ボイラ8へと導かれた給水は、補助ボイラ8にて加熱されて蒸気とされ、復水供給配管5を通り伝熱管3へと導かれる。伝熱管3内を蒸気が通過する際に、発電室215内を加熱する。これにより、SOFCモジュール201が発電開始するまでの昇温を加勢する。
Next, a heating method and a cooling method for the
When the
また、伝熱管3を用いて、後述の通りSOFCモジュール201が発電を開始した後に、発電室215内の温度が所望値になるように冷却する。このときの蒸気は、蒸気タービン51の出口蒸気を出口蒸気抽気配管57によって一部抽気した蒸気(図1の*印を参照)を用いることが好ましい。出口蒸気抽気配管57には、制御部12によって開度制御される抽気蒸気流量制御弁57aが設けられている。さらに、補助ボイラ8の上流側に設けた給水流量制御弁7の開度を制御して補助ボイラ8から導かれる蒸気量を調整して発電室215内の温度制御を行っても良い。蒸気を用いることで、冷却水による冷やし過ぎ(温度低下)となる場合や冷却開始時の温度の急変を回避することができる。
例えば、抽気蒸気流量制御弁57aと給水流量制御弁7と冷却水流量制御弁10を用いることで、以下のような運転が可能になる。SOFCモジュール201の起動前は補助ボイラ8からの蒸気のみで加熱し、SOFCモジュール201の発電前後は補助ボイラ8からの蒸気及び蒸気タービン51の抽気蒸気で緩やかに冷却する。SOFCモジュール201の運転負荷が低いうちは冷却水及び蒸気タービン51の抽気蒸気で冷却し、SOFCモジュール201の運転負荷が高くなり所定負荷以上になると冷却水のみで冷却する。
Moreover, after the
For example, by using the extraction steam flow
発電室215内が発電開始温度まで加熱された後に発電が行われると、温度センサ11によって計測された発電室215内の温度に基づいて、冷却水流量制御弁10の開度が制御部12によって制御される。これにより、発電室215内の温度が所望値になるように制御される。冷却水は、既に起動している復水ポンプ53から導かれ、冷却水供給配管9及び供給配管5aを通り伝熱管3内へと導かれる。
When power generation is performed after the inside of the
伝熱管3を通り発電室215内で蒸発した過熱蒸気は、蒸気排出配管15を通り、蒸気タービン51の入口側へと導かれる。したがって、伝熱管3にて生成された過熱蒸気は蒸気タービン51で仕事をした後に復水器54にて復水となり、再利用される。
The superheated steam that has evaporated in the
伝熱管3を通り蒸発した過熱蒸気の一部は、抽気配管16を通り燃料ガス供給管207へと導かれる。石炭ガス化ガスに水蒸気を添加することによりカーボンの析出を抑制することが可能となる。石炭ガス化ガスに添加する水蒸気量は、石炭ガス化ガスの組成及び流量に応じて抽気流量制御弁17の開度を制御部12によって変化させることで所望値に制御される。
A part of the superheated vapor evaporated through the
上述した実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
SOFCモジュール201は、水蒸気改質が可能なガス(メタンやプロパン等)をほとんど含まない石炭ガス化ガスを燃料としているので、メタン等の水蒸気改質による吸熱反応を利用できない。そこで、発電室215内の酸化性ガスが流れる領域に、内部に冷却水または水蒸気が導かれる伝熱管3を配置することで、発電室215内を冷却し、発電室215内の温度の上昇を抑制することとした。これにより、発電室215内を冷却するために酸化性ガス(例えば空気)を大量に供給する必要がなくなる。
According to embodiment mentioned above, there exist the following effects.
Since the
抽気配管16によって伝熱管3にて蒸発した過熱蒸気を石炭ガス化ガスと混合することで、石炭ガス化ガス中のカーボンが析出することを抑制することができる。
By mixing the superheated steam evaporated in the
起動時には給水流量制御弁7を開として補助ボイラ8から導かれた蒸気を伝熱管3に供給するようにし、発電時には給水流量制御弁7を閉として冷却水または水蒸気を伝熱管3に供給するようにした。これにより、伝熱管3をSOFCモジュール201の冷却用だけでなく起動時の昇温用としても利用することができる。
At the time of start-up, the feed water flow
また、出口蒸気抽気配管57に設けた抽気蒸気流量制御弁57a及び/又は補助ボイラ8の上流側に設けた給水流量制御弁7を制御することによって、伝熱管3に供給される流体温度を制御することとした。これにより、冷却水を流すと冷やし過ぎ(温度低下)となる場合や、冷却開始時の温度の急変を避けることができる。
Further, the temperature of the fluid supplied to the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図2〜図4を用いて説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、冷却方式が異なり、その他については同様である。したがって、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略し、第1実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in the cooling method, and the other is the same. Therefore, in the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
図2及び図3には、モジュール容器229によって囲まれたSOFCモジュール201内に配置された伝熱管3が示されている。SOFCモジュール201内には、複数のセルスタック101が所定間隔で整列して配置されたセルスタック群を備えたSOFCカートリッジ203が所定間隔を空けて複数(同図に示した例では6つ)設けられている。
2 and 3 show the
伝熱管3は、SOFCモジュール201を平面視した図2に示されているように、導入部3aがSOFCモジュール201の長手方向に沿って各SOFCカートリッジ203の一側の下方に設けられている。各SOFCカートリッジ203の他側の下方には、SOFCモジュール201の長手方向に沿って、伝熱管3の導出部3bが設けられている。伝熱管3の導入部3aと導出部3bとの間には、伝熱パネル部3cが設けられている。伝熱パネル部3cは、各SOFCカートリッジ203の間に配置されている。ただし、SOFCモジュール201の長手方向(図2及び図3において水平方向)における両端部には伝熱パネル部3cが設けられていない。これは、SOFCモジュール201の両端部では、SOFCモジュール201の外部への放熱があるからである。
As shown in FIG. 2 in plan view of the
SOFCモジュール201を側面視した図3に示されているように、伝熱パネル部3cは、下方から上方に向かって立設され、SOFCカートリッジ203の高さに対応する高さとされている。
As shown in FIG. 3 which is a side view of the
図4に示されているように、伝熱パネル部3cは、矩形の平面を有する板状体とされており、内部に伝熱管3の本体部3dが蛇行するように設けられている。伝熱パネル部3cは、SOFCカートリッジ203に接触した場合に導通しないように絶縁体(例えばセラミックス)が少なくとも外表面を覆うように構成されている。
As shown in FIG. 4, the heat
図2及び図3には、2点鎖線で示した高温領域Hが示されている。高温領域Hは、外部に対する放熱が行われにくい領域であり、SOFCカートリッジ203の平面視した場合の中央(図2参照)及び側面視した場合の中央(図3参照)に生じる。なお、図2及び図3では、1つのSOFCカートリッジ203に対して高温領域Hを示しているが、他のSOFCカートリッジ203に対しても同様に中央に高温領域Hが生じる。また、第1実施形態にて説明したように、モジュール容器229内は、断熱壁部228(図1参照)から発電室215外へ流出した酸化性ガスと、断熱壁部228の輻射によって高温となる。
2 and 3 show a high temperature region H indicated by a two-dot chain line. The high temperature region H is a region where heat is not easily radiated to the outside, and is generated at the center (see FIG. 2) when the
上述した実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
SOFCモジュール201は、水蒸気改質が可能なガス(メタンやプロパン等)をほとんど含まない石炭ガス化ガスを燃料としているので、メタン等の水蒸気改質による吸熱反応を利用できない。そこで、SOFCカートリッジ203間に伝熱パネル部3cを配置して、SOFCカートリッジ203間の領域、ひいてはSOFCカートリッジ203内(すなわち発電室215内)の温度の上昇を抑制することとした。これにより、発電室215内を冷却するために酸化性ガス(例えば空気)を大量に供給する必要がなくなる。
According to embodiment mentioned above, there exist the following effects.
Since the
SOFCカートリッジ203間に伝熱パネル部3cを配置することとしたので、SOFCカートリッジ203内の温度分布を緩和することができる。これにより、セルスタック101間の電流アンバランスを改善し、より安定した運転を実現することができる。
Since the
なお、本実施形態は、発電室215内に伝熱管を配置した第1実施形態と組み合わせても良い。
In addition, you may combine this embodiment with 1st Embodiment which has arrange | positioned the heat exchanger tube in the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図5を用いて説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、発電室215内の冷却方式が異なり、その他については同様である。したがって、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略し、第1実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in the cooling method in the
図5に示されているように、発電室215内には、水スプレー管(水供給手段)20が設けられている。水スプレー管20から、冷却水が発電室215内の酸化性ガスが流通する領域に噴射される。噴射された冷却水によって、発電室215内が冷却される。
As shown in FIG. 5, a water spray pipe (water supply means) 20 is provided in the
発電室215内にて冷却水が蒸発した蒸気は、酸化性ガスとともに酸化性ガス排出管210を通り燃焼器41へと導かれる。そして、冷却水由来の蒸気は、タービン43を通過後、燃焼排ガスとともにHRSG50を通り、燃焼排ガス排出管44に設けた冷却器21へと導かれる。冷却器21では、図示しない冷却水等によって燃焼排ガスが冷却される。冷却器21にて燃焼排ガスが冷却されると、燃焼排ガス中の湿分が凝縮し、凝縮水として回収さる。凝縮水は、復水供給配管5を通り、循環ポンプ22によって再び水スプレー管20へと導かれる。
The steam from which the cooling water has evaporated in the
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
発電室215内の酸化性ガスが流れる領域に水スプレー管20から水を供給することとしたので、水の蒸発潜熱によって発電室215内を効果的に冷却することができる。
According to this embodiment, there exist the following effects.
Since water is supplied from the
冷却水として、燃焼排ガスを冷却する冷却器21にて凝縮させた凝縮水を再利用することとしたので、水の使用量を減少させることができる。 Since the condensed water condensed in the cooler 21 that cools the combustion exhaust gas is reused as the cooling water, the amount of water used can be reduced.
なお、本実施形態では、冷却水を水スプレー管20から噴射することとしたが、蒸気タービン51の出口から一部抽気した蒸気(図5の*印を参照)を冷却用蒸気として噴射することとしても良い。この場合、冷却水のように蒸発潜熱を利用することはできないが、空気よりも熱容量が大きい水蒸気を噴射することができるので、冷却のための空気投入量を減らすことができるという利点がある。
In this embodiment, the cooling water is injected from the
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について、図6及び図7を用いて説明する。本実施形態は、第3実施形態と同様に水スプレー管を用いて冷却するものであるが、第2実施形態のようにSOFCカートリッジ203間に水スプレー管が配置される点で第3実施形態と異なる。したがって、以下の説明では、第1実施形態乃至第3実施形態と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略し、第1実施形態乃至第3実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
図6及び図7には、SOFCモジュール201内に配置された水スプレー管(水供給手段)20が示されている。冷却水は、導入部20aからSOFCモジュール201内へ導かれ、上方に立設する複数の水スプレー管20からSOFCカートリッジ203に向けて噴射される。水スプレー管20は、各SOFCカートリッジ203間に配置されている。水は、各SOFCカートリッジ203の中央の高温領域H近傍へ噴射することが好ましい。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is cooled by using a water spray tube as in the third embodiment, but the third embodiment is different in that the water spray tube is arranged between the
6 and 7 show a water spray pipe (water supply means) 20 arranged in the
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
SOFCカートリッジ203間に水スプレー管20を設け、水スプレー管20から水を供給することとしたので、水の蒸発潜熱によってSOFCカートリッジ203間の領域、ひいてはSOFCカートリッジ203内(すなわち発電室215内)を効果的に冷却することができる。
According to this embodiment, there exist the following effects.
Since the
SOFCカートリッジ203間に水スプレー管20を配置することとしたので、SOFCカートリッジ203内の温度分布を緩和することができる。これにより、セルスタック101間の電流アンバランスを改善し、より安定した運転を実現することができる。
Since the
なお、本実施形態は、発電室215内に水スプレー管を配置した第3実施形態と組み合わせても良い。
In addition, you may combine this embodiment with 3rd Embodiment which has arrange | positioned the water spray pipe | tube in the
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態について、図8を用いて説明する。本実施形態は、第1実施形態乃至第4実施形態に対して、発電室215内の冷却方式が異なり、その他については同様である。したがって、以下の説明では、第1実施形態乃至第4実施形態と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略し、第1実施形態乃至第4実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first to fourth embodiments in the cooling method in the
図8に示されているように、酸化性ガス供給管208には、加湿スプレー30が設けられている。加湿スプレー30は、循環ポンプ31から導かれた水を、酸化性ガス供給管208を流れる圧縮空気中に噴射し、加湿する。
As shown in FIG. 8, the humidifying
循環ポンプ31は、給水配管32に設けられている。循環ポンプ31の出口側には給水流量制御弁33が設けられている。給水流量制御弁33は、温度センサ11によって計測された発電室215内の温度に基づいて、制御部12によって開度制御される。循環ポンプ31の上流側には、循環水配管34が接続されている。循環水配管34によって、冷却器21にて凝縮した凝縮水が導かれる。
The
なお、図示していないが、給水配管32と並列に図1及び図5のように補助ボイラ8を設け、起動前までは酸化性ガス供給管208に補助ボイラ8からの蒸気を供給して冷却用だけでなく起動時の昇温用としても利用しても良い。
Although not shown, the
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
加湿スプレー30によって酸化性ガス供給管208内を流れる空気を加湿することにより、発電室215に供給される空気の熱容量を増大させて冷却能力を向上させることができる。これにより、冷却のための空気投入量を減らすことができる。
According to this embodiment, there exist the following effects.
By humidifying the air flowing in the oxidizing
圧縮機42から導かれ、再生熱交換器45によって加熱された空気は高温とされているので、加湿スプレー30から供給された水は空気の顕熱によって容易に水蒸気とすることができる。
Since the air guided from the
加湿スプレー30にて使用する水として、燃焼排ガスを冷却する冷却器21にて凝縮させた凝縮水を再利用することとしたので、水の使用量を減少させることができる。
Since the condensed water condensed in the cooler 21 that cools the combustion exhaust gas is reused as the water used in the humidifying
なお、上述した各実施形態では、SOFCモジュール201に供給する燃料ガスとして石炭ガス化ガスを一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、改質作用による吸熱反応を効果的に利用できないガス、具体的には水蒸気改質が可能なガス(メタンやプロパン等)が10vol%以下とされた炭化水素系ガスであれば良い。
In each of the above-described embodiments, the coal gasification gas is described as an example of the fuel gas supplied to the
1 複合発電システム
3 伝熱管
3a 導入部
3b 導出部
3c 伝熱パネル部
5 復水供給配管
5a 供給配管(蒸気供給経路)
6 給水ポンプ
7 給水流量制御弁(蒸気流量制御手段)
8 補助ボイラ
9 冷却水供給配管(冷却水供給経路)
10 冷却水流量制御弁(冷却水流量制御手段)
11 温度センサ
12 制御部
15 蒸気排出配管
16 抽気配管(水蒸気供給管)
17 抽気流量制御弁
20 水スプレー管(水供給手段)
21 冷却器
22 循環ポンプ
30 加湿スプレー
31 循環ポンプ
32 給水配管
33 給水流量制御弁
34 循環水配管
40 ガスタービン
40G ガスタービン発電機
41 燃焼器
42 圧縮機
43 タービン
44 燃焼排ガス排出管
45 再生熱交換器
50 HRSG(排ガスボイラ)
51 蒸気タービン
51G 蒸気タービン発電機
52 煙突
53 復水ポンプ
54 復水器
56 蒸気入口配管
57 出口蒸気抽気配管
57a 抽気蒸気流量制御弁
101 セルスタック
201 SOFCモジュール(燃料電池)
203 SOFCカートリッジ(セルスタック群)
207 燃料ガス供給管
208 酸化性ガス供給管
209 燃料ガス排出管
210 酸化性ガス排出管
215 発電室
228 断熱壁部
229 モジュール容器
H 高温領域
DESCRIPTION OF
6
8
10 Cooling water flow rate control valve (cooling water flow rate control means)
DESCRIPTION OF
17 Extraction
21 Cooler 22 Circulating
51
203 SOFC cartridge (cell stack group)
207 Fuel
Claims (11)
前記セルスタック群を収容して発電室を形成する断熱壁部と、
前記発電室内に配置され、内部に冷却水または水蒸気が導かれる伝熱管と、
を備えている燃料電池。 A cell stack group in which a plurality of cell stacks in which fuel gas is formed and a hydrocarbon-based gas in which a gas capable of steam reforming is 10 vol% or less is led as a fuel;
A heat insulating wall that houses the cell stack group and forms a power generation chamber;
A heat transfer pipe disposed in the power generation chamber and into which cooling water or water vapor is guided;
A fuel cell comprising:
前記伝熱管内を流れる前記冷却水または水蒸気の流量を制御する流量制御弁と、
前記温度センサから得られた前記温度に基づいて前記流量制御弁を制御する制御部と、
を備えている請求項1に記載の燃料電池。 A temperature sensor for measuring the temperature in the power generation chamber;
A flow rate control valve for controlling the flow rate of the cooling water or water vapor flowing in the heat transfer tube;
A control unit for controlling the flow rate control valve based on the temperature obtained from the temperature sensor;
The fuel cell according to claim 1, comprising:
前記セルスタック群は、複数とされ、
各前記セルスタック群の間には、内部に冷却水または水蒸気が導かれる伝熱管が設けられている燃料電池。 A cell stack group in which a plurality of cell stacks in which fuel gas is formed and a hydrocarbon-based gas in which a gas capable of steam reforming is 10 vol% or less is led as a fuel;
The cell stack group is a plurality,
A fuel cell in which a heat transfer tube through which cooling water or water vapor is guided is provided between the cell stack groups.
前記伝熱管に前記冷却水を供給する冷却水供給経路と、
前記伝熱管に前記ボイラにて生成された蒸気を供給する蒸気供給経路と、
を備え、
前記冷却水供給経路と前記蒸気供給経路とが切り替え可能とされている請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池。 A boiler connected to the heat transfer tube;
A cooling water supply path for supplying the cooling water to the heat transfer tubes;
A steam supply path for supplying steam generated by the boiler to the heat transfer tube;
With
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling water supply path and the steam supply path are switchable.
前記蒸気供給経路を流れる蒸気の流量を制御する蒸気流量制御手段と、
を備えている請求項5に記載の燃料電池。 Cooling water flow rate control means for controlling the flow rate of cooling water flowing through the cooling water supply path;
Steam flow control means for controlling the flow rate of steam flowing through the steam supply path;
The fuel cell according to claim 5, comprising:
該セルスタック群を収容して発電室を形成する断熱壁部と、
前記発電室内に配置された各前記セルスタックと前記断熱壁部との間に水または水蒸気を供給する水供給手段と、
を備えている燃料電池。 A cell stack group in which a plurality of cell stacks in which fuel gas is formed and a hydrocarbon-based gas in which a gas capable of steam reforming is 10 vol% or less is led as a fuel;
A heat insulating wall that houses the cell stack group and forms a power generation chamber;
Water supply means for supplying water or water vapor between each of the cell stacks and the heat insulation wall disposed in the power generation chamber;
A fuel cell comprising:
前記セルスタック群は、複数とされ、
各前記セルスタック群の間には、水または水蒸気を供給する水供給手段が設けられている燃料電池。 A cell stack group in which a plurality of cell stacks in which fuel gas is formed and a hydrocarbon-based gas in which a gas capable of steam reforming is 10 vol% or less is led as a fuel;
The cell stack group is a plurality,
A fuel cell in which water supply means for supplying water or water vapor is provided between the cell stack groups.
前記水供給手段は、前記酸化性ガス供給管内を流れる酸化性ガスを加湿する加湿スプレーとされている請求項7に記載の燃料電池。 The oxidizing gas supply pipe for supplying an oxidizing gas between each cell stack and the heat insulating wall,
The fuel cell according to claim 7, wherein the water supply unit is a humidifying spray that humidifies the oxidizing gas flowing in the oxidizing gas supply pipe.
前記ガス化炉にてガス化されたガス化ガスが導かれる請求項1から7のいずれかに記載された燃料電池と、
前記燃料電池から排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとを用いて回転動力を生成するガスタービンと、
前記ガスタービンの回転動力によって駆動されて発電するガスタービン発電機と、
前記ガスタービンから排出された排ガスによって蒸気を生成する排ガスボイラと、
前記排ガスボイラで生成された蒸気によって回転動力を生成する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転動力によって駆動されて発電する蒸気タービン発電機と、
を備えている複合発電システム。 A gasification furnace for gasifying carbon-containing solid fuel;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein gasified gas gasified in the gasification furnace is guided,
A gas turbine that generates rotational power using exhaust fuel gas and exhaust oxidant gas exhausted from the fuel cell;
A gas turbine generator that is driven by the rotational power of the gas turbine to generate electricity;
An exhaust gas boiler that generates steam from the exhaust gas discharged from the gas turbine;
A steam turbine that generates rotational power by the steam generated in the exhaust gas boiler;
A steam turbine generator that is driven by the rotational power of the steam turbine to generate electricity;
A combined power generation system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017095580A JP7073049B2 (en) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | Fuel cell and combined cycle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017095580A JP7073049B2 (en) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | Fuel cell and combined cycle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018195377A true JP2018195377A (en) | 2018-12-06 |
JP7073049B2 JP7073049B2 (en) | 2022-05-23 |
Family
ID=64570480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017095580A Active JP7073049B2 (en) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | Fuel cell and combined cycle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7073049B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021061114A (en) * | 2019-10-03 | 2021-04-15 | 株式会社Soken | Combustor |
CN116826104A (en) * | 2023-08-18 | 2023-09-29 | 广东佛燃科技有限公司 | Fuel supply system design for SOFC (solid oxide Fuel cell) stack module test and operation method thereof |
KR102688537B1 (en) * | 2024-02-01 | 2024-07-26 | 삼성이앤에이 주식회사 | Electrode module and electrochemical system including the same |
CN118572145A (en) * | 2024-07-31 | 2024-08-30 | 深圳市乐惠光电科技有限公司 | Emergency power supply for fuel cell |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004362800A (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell |
JP2005078859A (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell system |
JP2006331990A (en) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Fuel cell system |
JP2013171625A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell and cooling method of fuel cell when stopping |
JP2014107030A (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power generating system and power generating system operation method |
JP2015084300A (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Power generating system and power generating method |
JP2015103487A (en) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Gasification fuel cell hybrid power generation system, and method for operating gasification fuel cell hybrid power generation system |
JP2016131087A (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fuel battery system |
-
2017
- 2017-05-12 JP JP2017095580A patent/JP7073049B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004362800A (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell |
JP2005078859A (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell system |
JP2006331990A (en) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Fuel cell system |
JP2013171625A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell and cooling method of fuel cell when stopping |
JP2014107030A (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power generating system and power generating system operation method |
JP2015084300A (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Power generating system and power generating method |
JP2015103487A (en) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Gasification fuel cell hybrid power generation system, and method for operating gasification fuel cell hybrid power generation system |
JP2016131087A (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Fuel battery system |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021061114A (en) * | 2019-10-03 | 2021-04-15 | 株式会社Soken | Combustor |
JP7310519B2 (en) | 2019-10-03 | 2023-07-19 | 株式会社Soken | combustor |
CN116826104A (en) * | 2023-08-18 | 2023-09-29 | 广东佛燃科技有限公司 | Fuel supply system design for SOFC (solid oxide Fuel cell) stack module test and operation method thereof |
KR102688537B1 (en) * | 2024-02-01 | 2024-07-26 | 삼성이앤에이 주식회사 | Electrode module and electrochemical system including the same |
CN118572145A (en) * | 2024-07-31 | 2024-08-30 | 深圳市乐惠光电科技有限公司 | Emergency power supply for fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7073049B2 (en) | 2022-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5331819B2 (en) | MCFC power generation system | |
KR101843380B1 (en) | Cooling and heating device | |
JP6068202B2 (en) | Fuel cell system | |
JPS5823169A (en) | Fuel cell power generating equipment and its operation | |
JP7073049B2 (en) | Fuel cell and combined cycle | |
RU2443040C2 (en) | Fuel elements system | |
JP2889807B2 (en) | Fuel cell system | |
KR101897500B1 (en) | Fuel cell system with heat exchager using reformed gas or anode off gas | |
JP2012233609A (en) | Hot water storage tank for fuel cell, and power generation system | |
KR101363365B1 (en) | Fuel cell system | |
JPH11278806A (en) | Fuel cell plant | |
JP2014182923A (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
JP3986430B2 (en) | Hydrogen utilization system using solid oxide fuel cell | |
JP3139574B2 (en) | Fuel cell generator | |
KR101392971B1 (en) | Complex system consisting of fuel cell and boiler | |
KR101205538B1 (en) | A solid oxide fuel cell system | |
WO2023163182A1 (en) | Fuel cell system | |
JP7575643B1 (en) | Ammonia-based solid oxide fuel cell (SOFC) system with heating element heating and method of operation thereof - Patents.com | |
CN114586205B (en) | Hybrid power generation system | |
WO2023182490A1 (en) | Fuel cell system | |
JPH08339815A (en) | Fuel cell power generation device | |
JP4440676B2 (en) | Fuel cell power generation hot water supply system | |
JP2008204782A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP6851261B2 (en) | Cogeneration system | |
JP2017527945A (en) | Fuel cell module with increased thermal efficiency, heating system using the same, and control method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20200511 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210802 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20220121 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220215 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220228 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220412 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220511 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7073049 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |