發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，其中，該發(fā)電系統(tǒng)由燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽輪機(jī)組合而成。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下稱為S0FC)是一種用途較廣的高效率燃料電池。在該SOFC中，為了提高離子傳導(dǎo)率而提高了工作溫度，因此，能夠?qū)娜細(xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)噴出的空氣用作供應(yīng)至空氣極側(cè)的空氣(氧化劑)。另外，SOFC能夠?qū)o法利用的高溫燃料用作燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的燃料。
[0003]因此，例如正如下述專利文獻(xiàn)I所述，作為能夠?qū)崿F(xiàn)高效率發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)，提出了各種由S0FC、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽輪機(jī)組合而成的發(fā)電系統(tǒng)。該專利文獻(xiàn)I所述的聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)有SOFC和燃?xì)廨啓C(jī)，其中，該燃?xì)廨啓C(jī)具有燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器和壓縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器中燃燒從該SOFC排出的廢燃?xì)夂团懦隹諝?，壓縮機(jī)將空氣壓縮后供應(yīng)S0FC。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2009-205930號(hào)公報(bào)發(fā)明概要
[0007]發(fā)明擬解決的問題
[0008]在上述以往的發(fā)電系統(tǒng)中，啟動(dòng)SOFC時(shí)，會(huì)通過將利用燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)壓縮的空氣的一部分供應(yīng)至SOFC來對(duì)該SOFC進(jìn)行加壓。此時(shí)，供應(yīng)至SOFC的壓縮空氣被用來對(duì)SOFC進(jìn)行加壓，因此不能返回到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器內(nèi)。因此，燃燒器中，燃燒用空氣會(huì)出現(xiàn)不足，燃燒氣體會(huì)變?yōu)楦邷?，燃燒器或渦輪機(jī)中，冷卻用空氣會(huì)出現(xiàn)不足，難以實(shí)現(xiàn)充分的冷卻。
[0009]本發(fā)明為解決上述問題開發(fā)而成，其目的在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，其能夠防止燃料電池啟動(dòng)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣不足，從而能夠穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0010]解決問題的方法
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，具有:燃料電池；燃?xì)廨啓C(jī)，其具有壓縮機(jī)和燃燒器；入口導(dǎo)葉，其設(shè)置在所述壓縮機(jī)的空氣吸入口 ；第I壓縮空氣供應(yīng)管線，其將利用所述壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣供應(yīng)至所述燃燒器；第2壓縮空氣供應(yīng)管線，其將利用所述壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的至少一部分供應(yīng)至所述燃料電池；開關(guān)閥，其設(shè)置在所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線上；以及控制部，其在啟動(dòng)所述燃料電池時(shí)打開所述開關(guān)閥，同時(shí)將所述入口導(dǎo)葉的開度控制為大于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)開度。
[0012]因此，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，在打開第2壓縮空氣供應(yīng)管線的開關(guān)閥的同時(shí)，使燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的入口導(dǎo)葉的開度大于基準(zhǔn)開度。于是，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)能夠吸入更多的空氣，將壓縮空氣總量中的規(guī)定量送至燃燒器，并將剩余的壓縮空氣送至燃料電池。因此，此時(shí)燃燒器和渦輪機(jī)不會(huì)發(fā)生壓縮空氣不足，能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣不足，可穩(wěn)走地啟動(dòng)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)閥是可調(diào)節(jié)流量的控制閥，所述控制部實(shí)施如下控制，即在啟動(dòng)所述燃料電池時(shí)，將所述開關(guān)閥打開至小于全開狀態(tài)的初始開度，同時(shí)將所述入口導(dǎo)葉的開度打開至大于所述燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的規(guī)定開度。
[0014]因此，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，通過將設(shè)置在第2壓縮空氣供應(yīng)管線上的開關(guān)閥設(shè)為控制閥，僅需調(diào)節(jié)這一個(gè)控制閥的開度，即可調(diào)節(jié)供應(yīng)至燃料電池的壓縮空氣的供應(yīng)量，能夠簡(jiǎn)化構(gòu)造、降低成本。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)閥構(gòu)成為:并列設(shè)置著打開時(shí)的通過流量較大的第I開關(guān)閥以及通過流量較小的第2開關(guān)閥，所述控制部實(shí)施如下控制，即在啟動(dòng)所述燃料電池時(shí)，將所述第I開關(guān)閥設(shè)為閉合狀態(tài)，將所述第2開關(guān)閥設(shè)為打開狀態(tài)，同時(shí)將所述入口導(dǎo)葉的開度打開至大于所述燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的規(guī)定開度。
[0016]因此，通過將設(shè)置在第2壓縮空氣供應(yīng)管線上的開關(guān)閥設(shè)為通過流量不同的2個(gè)開關(guān)閥，僅需打開第I開關(guān)閥和第2開關(guān)閥中的一個(gè)閥并關(guān)閉另一個(gè)閥，即可調(diào)節(jié)供應(yīng)至燃料電池的壓縮空氣的供應(yīng)量，能夠簡(jiǎn)化流量控制、降低成本，并且能夠迅速地切換流量控制。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有對(duì)利用所述壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的壓力進(jìn)行檢測(cè)的第I檢測(cè)器，以及對(duì)所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線上所述開關(guān)閥的所述燃料電池側(cè)的壓力進(jìn)行檢測(cè)的第2檢測(cè)器，所述控制部實(shí)施如下控制，即當(dāng)由所述第2檢測(cè)器檢測(cè)出的第2壓力達(dá)到由所述第I檢測(cè)器檢測(cè)出的第I壓力后，增大所述開關(guān)閥的開度，同時(shí)將所述入口導(dǎo)葉的開度恢復(fù)至所述基準(zhǔn)開度。
[0018]因此，通過在燃料電池側(cè)的第2壓力達(dá)到利用壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的第I壓力后，增大開關(guān)閥的開度，同時(shí)將入口導(dǎo)葉的開度恢復(fù)至基準(zhǔn)開度，能夠?qū)⒐?yīng)至燃燒器的壓縮空氣的供應(yīng)量維持固定。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部實(shí)施如下控制，即隨著由所述第2檢測(cè)器檢測(cè)出的第2壓力接近由所述第I檢測(cè)器檢測(cè)出的第I壓力，使所述入口導(dǎo)葉的開度向所述基準(zhǔn)開度減小。
[0020]因此，通過隨著燃料電池側(cè)的第2壓力接近利用壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的第I壓力，使入口導(dǎo)葉的開度向基準(zhǔn)開度減小，能夠逐漸降低供應(yīng)至燃料電池側(cè)的壓縮空氣的供應(yīng)量，使第2壓力高精度地達(dá)到第I壓力，并且能夠高精度地實(shí)施壓縮空氣的供應(yīng)控制。
[0021]此外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，其特征在于，具有:將利用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣供應(yīng)至燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的工序；將利用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的一部分供應(yīng)至燃料電池的工序；使設(shè)置在所述燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的空氣吸入口的入口導(dǎo)葉的開度大于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)開度的工序；以及在所述燃料電池的壓力達(dá)到利用所述燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的壓力后，增大所述開關(guān)閥的開度，同時(shí)將所述入口導(dǎo)葉的開度恢復(fù)至所述基準(zhǔn)開度的工序。
[0022]因此，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，燃燒器和渦輪機(jī)不會(huì)發(fā)生壓縮空氣不足，能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣不足，可穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0023]此外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)中，其特征在于，具有:燃?xì)廨啓C(jī)，其具有壓縮機(jī)和燃燒器；第I壓縮空氣供應(yīng)管線，其將利用所述壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣供應(yīng)至所述燃燒器；燃料電池，其具有空氣極和燃料極；第2壓縮空氣供應(yīng)管線，其將利用所述壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的至少一部分供應(yīng)至所述空氣極；第I開關(guān)閥，其設(shè)置在所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線上；壓縮空氣供應(yīng)部，其連接在所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線上所述第I開關(guān)閥的所述燃料電池偵h以及控制部，其在啟動(dòng)所述燃料電池時(shí)閉合所述第I開關(guān)閥，驅(qū)動(dòng)所述壓縮空氣供應(yīng)部。
[0024]因此，可設(shè)置能夠與燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)分開單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的壓縮空氣供應(yīng)部，在啟動(dòng)燃料電池時(shí)驅(qū)動(dòng)壓縮空氣供應(yīng)部。于是，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，將利用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣全部送至燃燒器，將利用壓縮空氣供應(yīng)部壓縮的壓縮空氣全部送至燃料電池。因此，此時(shí)燃燒器和渦輪機(jī)不會(huì)發(fā)生壓縮空氣不足，能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣不足，可穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣供應(yīng)部具有:第3壓縮空氣供應(yīng)管線，其一端部連接在所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線上所述第I開關(guān)閥的所述燃料電池側(cè)；啟動(dòng)用壓縮機(jī)，其連接在所述第3壓縮空氣供應(yīng)管線的另一端部；以及第2開關(guān)閥，其設(shè)置在所述第3壓縮空氣供應(yīng)管線上，所述控制部在啟動(dòng)所述燃料電池時(shí)，閉合所述第I開關(guān)閥，打開所述第2開關(guān)閥，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述啟動(dòng)用壓縮機(jī)。
[0026]因此，由于在啟動(dòng)燃料電池時(shí)，閉合第I開關(guān)閥，打開第2開關(guān)閥，同時(shí)驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)用壓縮機(jī)，所以能夠通過各不相同的壓縮機(jī)將壓縮空氣送至燃燒器和燃料電池，以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)匾种迫細(xì)廨啓C(jī)中的空氣不足。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有對(duì)利用所述壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的壓力檢測(cè)的第I檢測(cè)器，以及對(duì)所述第2壓縮空氣供應(yīng)管線上所述第I開關(guān)閥的所述燃料電池側(cè)的壓力進(jìn)行檢測(cè)的第2檢測(cè)器，所述控制部實(shí)施如下控制，即當(dāng)由所述第2檢測(cè)器檢測(cè)出的第2壓力達(dá)到由所述第I檢測(cè)器檢測(cè)出的第I壓力后，停止驅(qū)動(dòng)所述壓縮空氣供應(yīng)部，同時(shí)打開所述第I開關(guān)閥。
[0028]因此，通過在燃料電池側(cè)的第2壓力達(dá)到利用壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的第I壓力后，停止對(duì)燃料電池側(cè)供應(yīng)壓縮空氣，能夠僅將壓縮空氣供應(yīng)部用于燃料電池的升壓，因此能夠?qū)崿F(xiàn)小型化并降低成本。此外，不會(huì)對(duì)燃料電池實(shí)施不必要的加壓。
[0029]此外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，其特征在于，具有:將利用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣供應(yīng)至燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的工序；將利用壓縮空氣供應(yīng)部壓縮的壓縮空氣供應(yīng)至燃料電池的空氣極的工序；在所述空氣極側(cè)的壓力達(dá)到利用所述燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣的壓力后，停止通過所述壓縮空氣供應(yīng)部對(duì)所述空氣極供應(yīng)壓縮空氣的工序；以及將利用所述燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)壓縮的壓縮空氣供應(yīng)至所述燃料電池的空氣極的工序。
[0030]因此，啟動(dòng)燃料電池時(shí)，燃燒器和渦輪機(jī)不會(huì)發(fā)生壓縮空氣不足，能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣不足，可穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0031]發(fā)明效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，在啟動(dòng)燃料電池時(shí)，打開第2壓縮空氣供應(yīng)管線的開關(guān)閥，同時(shí)使燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的入口導(dǎo)葉的開度大于基準(zhǔn)開度，因此能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣不足，可穩(wěn)定地啟動(dòng)。
[0033]此外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法，通過設(shè)置連接在燃料電池側(cè)的壓縮空氣供應(yīng)部，在啟動(dòng)燃料電池時(shí)驅(qū)動(dòng)該壓縮空氣供應(yīng)部，與燃?xì)廨啓C(jī)分開獨(dú)立供應(yīng)壓縮空氣，因此能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)的空氣不足，可穩(wěn)定地啟動(dòng)。
【附圖說明】
[0034]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣的供應(yīng)管線的概要圖。
[0035]圖2是示出實(shí)施例1的發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)SOFC加壓時(shí)的壓縮空氣的供應(yīng)時(shí)間的時(shí)間圖。
[0036]圖3是示出實(shí)施例1的發(fā)電系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣的供應(yīng)管線的概要圖。
[0038]圖5是示出實(shí)施例2的發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)SOFC加壓時(shí)的壓縮空氣的供應(yīng)時(shí)間的時(shí)間圖。
[0039]圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的壓縮空氣的供應(yīng)管線的概要圖。
[0040]圖7是示出實(shí)施例3的發(fā)電系統(tǒng)中啟動(dòng)SOFC時(shí)的壓縮空氣的供應(yīng)時(shí)間的時(shí)間圖。
[0041]圖8是示出實(shí)施例4的發(fā)電系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明所涉及的發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池的啟動(dòng)方法的優(yōu)選實(shí)施例。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于該實(shí)施例，另外，在存在多個(gè)實(shí)施例的情況下，也包括將各實(shí)施例加以組合而構(gòu)成的實(shí)施例。
[0043]實(shí)施例1
[0044]實(shí)施例1的發(fā)電系統(tǒng)是由固體氧化物燃料電池(以下稱為S0FC)、燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽輪機(jī)組合而成的三重聯(lián)合循環(huán)(Triple Combined Cycle:注冊(cè)商標(biāo))。該三重聯(lián)合循環(huán)通過在燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(GTCC)的上游側(cè)設(shè)置S0FC，能夠通過S0FC、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)這三個(gè)階段進(jìn)行發(fā)電，因此能夠?qū)崿F(xiàn)極高的發(fā)電效率。另外，在以下說明中，以本發(fā)明的燃料電池使用固體氧化物燃料電池為例進(jìn)行說明，但并不限定于此