發電系統及發電系統中的燃料電池排氣的冷卻方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種組合了燃料電池、燃氣輪機、蒸汽輪機的發電系統，及發電系統中的燃料電池排氣的冷卻方法。
【背景技術】
[0002]作為燃料電池的固體氧化物形燃料電池，即Solid Oxide Fuel Cell，以下稱為S0FC，被認為是用途廣泛且高效率的燃料電池。因為該SOFC為提高離子導電率而動作溫度較高，因此可以作為將從燃氣輪機的壓縮機吐出的空氣供應給空氣電極側的空氣，即氧化劑而使用。另外SOFC可以將沒能夠利用的高溫的染料在燃氣輪機的燃燒器中作為染料而使用。
[0003]因此，例如下述專利文獻所述，作為能夠實現高效率發電的發電系統，對組合了S0FC、燃氣輪機、蒸汽輪機的發電系統有各種提案。該專利文獻I所述的復合系統，其設置有S0FC、及燃燒從該SOFC排出的排出燃料氣體與排出空氣的燃氣輪機燃燒器，以及具有將空氣進行壓縮并供應給SOFC的壓縮機的燃氣輪機。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利特開2009-205930號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的問題
[0008]上述的以往的發電系統中，從SOFC排出的排氣(排出空氣或排出燃料氣體)為高溫，額定運行時，例如排出空氣達到600°C，排出燃料氣體達到450°C。另外，在SOFC的運行狀態發生變化的情況下，可以推測出排氣溫度超過額定運行時的溫度的現象。因此，將排出空氣輸送至燃氣輪機燃燒器的排出空氣管線即導管，或將排出燃料氣體輸送至燃氣輪機燃燒器的排出燃料管線即導管，需要設計成其導管材料或導管厚度耐得住超過額定運行時的溫度的設想溫度。但是，存在很難精確把握該設想溫度將成為幾度左右，而設計無法規定下來的問題。即使能夠精確把握設想溫度，也存在耐得住設想溫度的導管材料非常高價，或使用該導管材料做成非常厚的導管厚度而制造成本增多的問題。
[0009]本發明為解決上述課題的發明，其目的在于提供一種即使發生從燃料電池排出的排氣的溫度超過額定運行時的溫度的現象，也可以保護輸送排氣的排氣管線即導管的發電系統，及發電系統中的燃料電池排氣的冷卻方法。
[0010]解決課題的方法
[0011]為實現上述目的的本發明的發電系統，其特征在于，具有燃料電池，輸送從所述燃料電池排出的排氣的排氣管線，檢測從所述燃料電池排出的排氣的溫度或所述排氣管線的溫度的溫度檢測器，冷卻所述排氣管線的排氣的排氣冷卻部，以及，在由所述溫度檢測器檢測出的溫度高于規定溫度時，起動所述排氣冷卻部的控制部。
[0012]從而，在燃料電池的運行狀態發生變化，且那時從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運行時的溫度的情況下，通過起動排氣冷卻裝置，可以冷卻排氣，降低排氣的排氣溫度。其結果，可以防止輸送排氣的排氣管線因高溫而破損的事態發生。另外，可以精確把握設計排氣管線的設想溫度，并且可以將該設想溫度設定為與燃料電池額定運行時的溫度相近的溫度，因此可以進行安全且制造成本不增多的設計。
[0013]本發明的發電系統，其特征在于，所述排氣冷卻部具有儲藏冷卻材的冷卻材儲藏部，連接所述排氣管線與所述冷卻材儲藏部的冷卻材供應管線，設置于所述冷卻材供應管線上的冷卻材開關閥，以及，設置于所述冷卻材供應管線上且從所述冷卻材儲藏部向所述排氣管線送出冷卻材的冷卻材壓送機，且所述控制部，在由所述溫度檢測器檢測出的溫度高于規定溫度時，將所述冷卻材開關閥調節為開放的同時，驅動所述冷卻材壓送機。
[0014]從而，在燃料電池的運行狀態發生變化，且那時從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運行時的溫度的情況下，通過開放冷卻材開關閥，同時驅動冷卻材壓送機，可以冷卻排氣，且降低排氣的排氣溫度。
[0015]本發明的發電系統，其特征在于，在所述冷卻材儲藏部中作為冷卻材儲藏有水。
[0016]從而，在燃料電池的運行狀態發生變化，且那時從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運行時的溫度的情況下，作為冷卻材將水供應至排氣管線。因此，水因為高溫的排氣而氣化，由此可以降低排氣溫度。
[0017]本發明的發電系統，其特征在于，具備抽出系統內析出的水并回收的水回收部，且該水回收部回收的水作為冷卻材儲藏于所述冷卻材儲藏部內。
[0018]從而，通過抽出系統內析出的水，且將該水儲藏于冷卻材儲藏部，可以將系統內析出的水作為冷卻材有効的利用。
[0019]本發明的發電系統，其特征在于，具備檢測所述排氣管線的壓力的壓力檢測器，所述控制部，基于由所述壓力檢測器檢測出的壓力，控制所述冷卻材壓送機，使所述冷卻材壓送機送出冷卻材的壓力大于所述排氣管線的壓力。
[0020]從而，在伴隨從燃料電池排出的排氣的溫度上升而壓力上升的情況下，用壓力檢測器檢測出將該壓力，且使冷卻材壓送機壓送冷卻材的壓力提升。因此，可以將冷卻材確切地送至排氣管線，且可以確切地降低排氣溫度。
[0021]本發明的發電系統，其特征在于，所述排氣管線為輸送從所述燃料電池排出的排出空氣的排出空氣管線。
[0022]從而，在從燃料電池排出的排出空氣的排氣溫度高于額定運行時的溫度的情況下，可以冷卻排出空氣，且降低排出空氣的排氣溫度。其結果，可以防止用以輸送排出空氣的排出空氣管線因高溫而破損的事態發生。另外，可以精確把握設計排出空氣管線的設想溫度，并且可以將該設想溫度設定為與燃料電池額定運行時的溫度相近的溫度，因此可以進行安全且制造成本不增多的設計。
[0023]本發明的發電系統，其特征在于，所述排氣管線為輸送從所述燃料電池排出的排出燃料氣體的排出燃料管線。
[0024]從而，在從燃料電池排出的排出燃料氣體的排氣溫度高于額定運行時的溫度的情況下，可以冷卻排出燃料氣體，且降低排出燃料氣體的排氣溫度。其結果，可以防止用以輸送排出燃料氣體的排出燃料管線因高溫而破損的事態發生。另外，可以精確把握設計排出燃料管線的設想溫度，并且可以將該設想溫度設定為與燃料電池額定運行時的溫度相近的溫度，因此可以進行安全且制造成本不增多的設計。
[0025]另外，本發明的發電系統中的燃料電池排氣的冷卻方法，其特征在于，具有將從燃料電池排出的排氣用排氣管線輸送的步驟，以及，在從所述燃料電池排出的排氣的溫度高于規定溫度的情況下，冷卻所述排氣管線中的排氣的步驟。
[0026]從而，在燃料電池的運行狀態發生變化，且那時從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運行時的溫度的情況下，可以冷卻排氣，降低排氣的排氣溫度。其結果，可以防止用以輸送排氣的排氣管線因高溫而破損的事態發生。另外，可以精確把握設計排氣管線的設想溫度，并且可以將該設想溫度設定為與燃料電池額定運行時的溫度相近的溫度，因此可以進行安全且制造成本不增多的設計。
[0027]發明效果
[0028]根據本發明的發電系統及發電系統中的燃料電池排氣的冷卻方法，即使發生從燃料電池排出的排氣的溫度超過額定運行時的溫度的現象，也可以通過冷卻排氣，保護輸送排氣的排氣管線。
【附圖說明】
[0029]【圖1】圖1為，表示涉及本發明的一實施例的發電系統中的冷卻裝置的概略圖。
[0030]【圖2】圖2為，表示涉及本實施例的發電系統中的冷卻裝置的冷卻材供應部的一部分的結構圖。
[0031]【圖3】圖3為，表示涉及本實施例的發電系統中的冷卻裝置的冷卻材供應部的一部分的結構圖。
[0032]【圖4】圖4為，本實施例的發電系統中的固體氧化物燃料電池排氣冷卻的流程圖。
[0033]【圖5】圖5為，表示涉及本實施例的發電系統中的冷卻裝置的冷卻材供應部的一部分的結構圖。
[0034]【圖6】圖6為，本實施例的發電系統中的冷卻材補充的流程圖。
[0035]【圖7】圖7為，本實施例的發電系統中的冷卻材供應時的流程圖。
[0036]【圖8】圖8為，表示本實施例的發電系統的概略結構圖。
【具體實施方式】
[0037]以下參考附圖，詳細說明涉及本発明的發電系統及發電系統中的燃料電池排氣的冷卻方法的較佳實施例。而且，本發明不被該實施例所限定，另外，在有多個實施例的情況下，還包含組合各實施例而構成的實施例。
[0038]實施例
[0039]本實施例的發電系統為將固體氧化物燃料電池，以下稱為SOFC、燃氣輪機，及蒸汽輪機組合而成的三重復合循環，注冊商標為Triple Combined Cycle。該三重復合循環通過在燃氣輪機復合循環發電，即GTCC的上流側設置S0FC，可以由S0FC、燃氣輪機、蒸汽輪機3階段發電，由此能夠實現極高的發電效率。而且，以下說明中，作為本發明的燃料電池雖然是應用固體氧化物燃料電池而進行說明，但不是僅限定于該形式的燃料電池。
[0040]圖1為，表示涉及本發明的一實施例的發電系統中的冷卻裝置的概略圖，圖2?圖3為，表示涉及本實施例的發電系統中的冷卻裝置的冷卻材供應部的一部分的結構圖，圖4為，本實施例的發電系統中的SOFC排氣冷卻的流程圖，圖5為，表示涉及本實施例的發電系統中的冷卻裝置的冷卻材供應部的一部分的結構圖，圖6為，本實施例的發電系統中的冷卻材補充的流程圖，圖7為，本實施例的發電系統中的冷卻材供應時的流程圖，圖8為，表示本實施例的發電系統的概略結構圖。
[0041]在本實施例中，如圖8所述，發電系統10具有燃氣輪機11及發電機12，SOFCl3,蒸汽輪機14及發電機15。該發電系統10構成為，通過將由燃氣輪機11的發電，由S0FC13的發電，由蒸汽輪機14的發電進行組合，而獲得高發電效率。
[0042]燃氣輪機11具有壓縮機21、燃燒器22、輪機23，且壓縮機21及輪機23，通過旋轉軸24可整體旋轉的連接。壓縮機21壓縮從空氣吸入管線25吸入的空氣A。燃燒器22將從壓縮機21通過第I壓縮空氣供應管線26供應的壓縮空氣Al，以及從第I染料氣體供應管線27供應的染料氣體LI混合并燃燒。輪機23利用從燃燒器22通過排出氣體供應管線28供應的排出氣體，即燃