發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池排氣的冷卻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種組合了燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)，及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池排氣的冷卻方法。
【背景技術(shù)】
[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(chēng)為S0FC，被認(rèn)為是用途廣泛且高效率的燃料電池。因?yàn)樵揝OFC為提高離子導(dǎo)電率而動(dòng)作溫度較高，因此可以作為將從燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)吐出的空氣供應(yīng)給空氣電極側(cè)的空氣，即氧化劑而使用。另外SOFC可以將沒(méi)能夠利用的高溫的染料在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器中作為染料而使用。
[0003]因此，例如下述專(zhuān)利文獻(xiàn)所述，作為能夠?qū)崿F(xiàn)高效率發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)組合了S0FC、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)有各種提案。該專(zhuān)利文獻(xiàn)I所述的復(fù)合系統(tǒng)，其設(shè)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?xì)廨啓C(jī)燃燒器，以及具有將空氣進(jìn)行壓縮并供應(yīng)給SOFC的壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)2009-205930號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0008]上述的以往的發(fā)電系統(tǒng)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(yùn)行時(shí)，例如排出空氣達(dá)到600°C，排出燃料氣體達(dá)到450°C。另外，在SOFC的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，可以推測(cè)出排氣溫度超過(guò)額定運(yùn)行時(shí)的溫度的現(xiàn)象。因此，將排出空氣輸送至燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的排出空氣管線即導(dǎo)管，或?qū)⑴懦鋈剂蠚怏w輸送至燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的排出燃料管線即導(dǎo)管，需要設(shè)計(jì)成其導(dǎo)管材料或?qū)Ч芎穸饶偷米〕^(guò)額定運(yùn)行時(shí)的溫度的設(shè)想溫度。但是，存在很難精確把握該設(shè)想溫度將成為幾度左右，而設(shè)計(jì)無(wú)法規(guī)定下來(lái)的問(wèn)題。即使能夠精確把握設(shè)想溫度，也存在耐得住設(shè)想溫度的導(dǎo)管材料非常高價(jià)，或使用該導(dǎo)管材料做成非常厚的導(dǎo)管厚度而制造成本增多的問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明為解決上述課題的發(fā)明，其目的在于提供一種即使發(fā)生從燃料電池排出的排氣的溫度超過(guò)額定運(yùn)行時(shí)的溫度的現(xiàn)象，也可以保護(hù)輸送排氣的排氣管線即導(dǎo)管的發(fā)電系統(tǒng)，及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池排氣的冷卻方法。
[0010]解決課題的方法
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，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(cè)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(cè)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(cè)器檢測(cè)出的溫度高于規(guī)定溫度時(shí)，起動(dòng)所述排氣冷卻部的控制部。
[0012]從而，在燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，且那時(shí)從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運(yùn)行時(shí)的溫度的情況下，通過(guò)起動(dòng)排氣冷卻裝置，可以冷卻排氣，降低排氣的排氣溫度。其結(jié)果，可以防止輸送排氣的排氣管線因高溫而破損的事態(tài)發(fā)生。另外，可以精確把握設(shè)計(jì)排氣管線的設(shè)想溫度，并且可以將該設(shè)想溫度設(shè)定為與燃料電池額定運(yùn)行時(shí)的溫度相近的溫度，因此可以進(jìn)行安全且制造成本不增多的設(shè)計(jì)。
[0013]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣冷卻部具有儲(chǔ)藏冷卻材的冷卻材儲(chǔ)藏部，連接所述排氣管線與所述冷卻材儲(chǔ)藏部的冷卻材供應(yīng)管線，設(shè)置于所述冷卻材供應(yīng)管線上的冷卻材開(kāi)關(guān)閥，以及，設(shè)置于所述冷卻材供應(yīng)管線上且從所述冷卻材儲(chǔ)藏部向所述排氣管線送出冷卻材的冷卻材壓送機(jī)，且所述控制部，在由所述溫度檢測(cè)器檢測(cè)出的溫度高于規(guī)定溫度時(shí)，將所述冷卻材開(kāi)關(guān)閥調(diào)節(jié)為開(kāi)放的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述冷卻材壓送機(jī)。
[0014]從而，在燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，且那時(shí)從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運(yùn)行時(shí)的溫度的情況下，通過(guò)開(kāi)放冷卻材開(kāi)關(guān)閥，同時(shí)驅(qū)動(dòng)冷卻材壓送機(jī)，可以冷卻排氣，且降低排氣的排氣溫度。
[0015]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在所述冷卻材儲(chǔ)藏部中作為冷卻材儲(chǔ)藏有水。
[0016]從而，在燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，且那時(shí)從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運(yùn)行時(shí)的溫度的情況下，作為冷卻材將水供應(yīng)至排氣管線。因此，水因?yàn)楦邷氐呐艢舛鴼饣?，由此可以降低排氣溫度?br>[0017]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備抽出系統(tǒng)內(nèi)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(chǔ)藏于所述冷卻材儲(chǔ)藏部?jī)?nèi)。
[0018]從而，通過(guò)抽出系統(tǒng)內(nèi)析出的水，且將該水儲(chǔ)藏于冷卻材儲(chǔ)藏部，可以將系統(tǒng)內(nèi)析出的水作為冷卻材有効的利用。
[0019]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備檢測(cè)所述排氣管線的壓力的壓力檢測(cè)器，所述控制部，基于由所述壓力檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力，控制所述冷卻材壓送機(jī)，使所述冷卻材壓送機(jī)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(cè)器檢測(cè)出將該壓力，且使冷卻材壓送機(jī)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(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，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(yùn)行時(shí)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(jié)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(tài)發(fā)生。另外，可以精確把握設(shè)計(jì)排出空氣管線的設(shè)想溫度，并且可以將該設(shè)想溫度設(shè)定為與燃料電池額定運(yùn)行時(shí)的溫度相近的溫度，因此可以進(jìn)行安全且制造成本不增多的設(shè)計(jì)。
[0023]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，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(yùn)行時(shí)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(jié)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(tài)發(fā)生。另外，可以精確把握設(shè)計(jì)排出燃料管線的設(shè)想溫度，并且可以將該設(shè)想溫度設(shè)定為與燃料電池額定運(yùn)行時(shí)的溫度相近的溫度，因此可以進(jìn)行安全且制造成本不增多的設(shè)計(jì)。
[0025]另外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)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(guī)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(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，且那時(shí)從燃料電池排出的排氣的排氣溫度高于額定運(yùn)行時(shí)的溫度的情況下，可以冷卻排氣，降低排氣的排氣溫度。其結(jié)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(tài)發(fā)生。另外，可以精確把握設(shè)計(jì)排氣管線的設(shè)想溫度，并且可以將該設(shè)想溫度設(shè)定為與燃料電池額定運(yùn)行時(shí)的溫度相近的溫度，因此可以進(jìn)行安全且制造成本不增多的設(shè)計(jì)。
[0027]發(fā)明效果
[0028]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池排氣的冷卻方法，即使發(fā)生從燃料電池排出的排氣的溫度超過(guò)額定運(yùn)行時(shí)的溫度的現(xiàn)象，也可以通過(guò)冷卻排氣，保護(hù)輸送排氣的排氣管線。
【附圖說(shuō)明】
[0029]【圖1】圖1為，表示涉及本發(fā)明的一實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的概略圖。
[0030]【圖2】圖2為，表示涉及本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的冷卻材供應(yīng)部的一部分的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]【圖3】圖3為，表示涉及本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的冷卻材供應(yīng)部的一部分的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]【圖4】圖4為，本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)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(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的冷卻材供應(yīng)部的一部分的結(jié)構(gòu)圖。
[0034]【圖6】圖6為，本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻材補(bǔ)充的流程圖。
[0035]【圖7】圖7為，本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻材供應(yīng)時(shí)的流程圖。
[0036]【圖8】圖8為，表示本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下參考附圖，詳細(xì)說(shuō)明涉及本発明的發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)中的燃料電池排氣的冷卻方法的較佳實(shí)施例。而且，本發(fā)明不被該實(shí)施例所限定，另外，在有多個(gè)實(shí)施例的情況下，還包含組合各實(shí)施例而構(gòu)成的實(shí)施例。
[0038]實(shí)施例
[0039]本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)為將固體氧化物燃料電池，以下稱(chēng)為SOFC、燃?xì)廨啓C(jī)，及蒸汽輪機(jī)組合而成的三重復(fù)合循環(huán)，注冊(cè)商標(biāo)為T(mén)riple Combined Cycle。該三重復(fù)合循環(huán)通過(guò)在燃?xì)廨啓C(jī)復(fù)合循環(huán)發(fā)電，即GTCC的上流側(cè)設(shè)置S0FC，可以由S0FC、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)3階段發(fā)電，由此能夠?qū)崿F(xiàn)極高的發(fā)電效率。而且，以下說(shuō)明中，作為本發(fā)明的燃料電池雖然是應(yīng)用固體氧化物燃料電池而進(jìn)行說(shuō)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(fā)明的一實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的概略圖，圖2?圖3為，表示涉及本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的冷卻材供應(yīng)部的一部分的結(jié)構(gòu)圖，圖4為，本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的SOFC排氣冷卻的流程圖，圖5為，表示涉及本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻裝置的冷卻材供應(yīng)部的一部分的結(jié)構(gòu)圖，圖6為，本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻材補(bǔ)充的流程圖，圖7為，本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)中的冷卻材供應(yīng)時(shí)的流程圖，圖8為，表示本實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0041]在本實(shí)施例中，如圖8所述，發(fā)電系統(tǒng)10具有燃?xì)廨啓C(jī)11及發(fā)電機(jī)12，SOFCl3,蒸汽輪機(jī)14及發(fā)電機(jī)15。該發(fā)電系統(tǒng)10構(gòu)成為，通過(guò)將由燃?xì)廨啓C(jī)11的發(fā)電，由S0FC13的發(fā)電，由蒸汽輪機(jī)14的發(fā)電進(jìn)行組合，而獲得高發(fā)電效率。
[0042]燃?xì)廨啓C(jī)11具有壓縮機(jī)21、燃燒器22、輪機(jī)23，且壓縮機(jī)21及輪機(jī)23，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸24可整體旋轉(zhuǎn)的連接。壓縮機(jī)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(jī)21通過(guò)第I壓縮空氣供應(yīng)管線26供應(yīng)的壓縮空氣Al，以及從第I染料氣體供應(yīng)管線27供應(yīng)的染料氣體LI混合并燃燒。輪機(jī)23利用從燃燒器22通過(guò)排出氣體供應(yīng)管線28供應(yīng)的排出氣體，即燃