JP2010105578A - Movement body provided with high temperature type fuel cell, and power generation system including the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a movement body provided with a high temperature fuel cell with high energy efficiency and long life, and a power generation system including the same. <P>SOLUTION: The movement body provided with the high temperature type fuel cell 4 includes a combined cycle comprising a Brayton cycle motive power device 5 utilizing waste heat of the high temperature type fuel cell 4 and a Rankine cycle motive power device 7 utilizing waste heat of the Brayton cycle motive power device 5, and includes a motive power output system and an electric power output system. A gas expansion machine is used as the Brayton cycle motive power device 5 and a vapor expansion machine is used as the Rankine cycle motive power device 7. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は高温型燃料電池を備えた移動体に関し、特に、高温型燃料電池の廃熱を有効に利用するコンバインドサイクルを備えた移動体に関する。   The present invention relates to a mobile body including a high-temperature fuel cell, and more particularly to a mobile body including a combined cycle that effectively uses waste heat of a high-temperature fuel cell.

近年の大型船のエンジンは、C重油を燃料とする２サイクルのディーゼルエンジンが用いられている。このエンジンの効率は45％を超えるものであり、一般的な船舶用蒸気タービンエンジンが30程度％、火力発電における平均的な発電効率（蒸気タービンを使用）が40％であり、その効率は熱機関の中で最高である。   2. Description of the Related Art Two-cycle diesel engines that use C heavy oil as fuel are used as engines for large ships in recent years. The efficiency of this engine is over 45%. The typical steam turbine engine for ships is about 30%, and the average power generation efficiency (using steam turbine) in thermal power generation is 40%. The best of the institutions.

例外として、特にLNGタンカーでは輸送途中で必然的に揮発するLNGを有効に利用するために、LNGを燃料とした蒸気タービンが用いられており、その効率は30％程度である。   As an exception, especially in LNG tankers, steam turbines using LNG as fuel are used in order to effectively use LNG that inevitably volatilizes during transportation, and its efficiency is about 30%.

特許文献１には、ＬＮＧ船の推進用電源として高温型固体電解質燃料電池を用いることが開示されている。   Patent Document 1 discloses the use of a high-temperature solid electrolyte fuel cell as a propulsion power source for an LNG ship.

特許文献２には、ランキンサイクルシステムを用いて燃料電池からの廃熱をエネルギー変換するための作動流体が開示されている。
特開平３−２４８９９５号公報 特表２００８−５０６８１９号公報 Patent Document 2 discloses a working fluid for converting waste heat from a fuel cell using a Rankine cycle system.
JP-A-3-248895 Special table 2008-506819 gazette

列車、船舶等の大型動力分野では、LNG等を燃料とし、高温型燃料電池（例えば、SOFCまたはMCFC）において50％程度の効率の発電を行い、この廃熱でガスタービンを駆動するという二段のコンバインドサイクルを用いて合計６０％以上の効率で動力回収を行うという試み、あるいはガスタービンを駆動したのちにさらに蒸気タービンを駆動するという三段のコンバインドサイクルによって70％以上の効率で動力回収を行うという試みが行われている。   In the large power field such as trains and ships, LNG is used as fuel, high-temperature fuel cells (for example, SOFC or MCFC) generate power of about 50% efficiency, and this waste heat drives the gas turbine. Recover power with an efficiency of over 70% using an attempt to recover power with a total efficiency of 60% or more using a combined cycle, or a three-stage combined cycle of driving a steam turbine after driving a gas turbine. Attempts have been made.

このようなサイクルが実用化されれば、LNGタンカーの燃料消費率は劇的に改善されると考えられる。   If such a cycle is put to practical use, the fuel consumption rate of LNG tankers will be dramatically improved.

しかしながら、MCFC、SOFCはともに高温型燃料電池であって、特に大型のものは起動に多量のエネルギーを必要とする。また、特にSOFCは電解質が薄いセラミックで出来ているため、起動停止に伴う熱膨張・収縮によって破壊しやすいという欠点を持ち、現時点でのヒートサイクル耐性は100回程度とされる。すなわち、運行、停泊に伴って起動停止を繰り返す動作に耐えない、あるいは耐えたとしても極めてエネルギーロスの多いシステムになる。   However, both MCFC and SOFC are high-temperature fuel cells, and especially large ones require a large amount of energy for startup. In particular, SOFC is made of a thin ceramic electrolyte, so it has the disadvantage of being easily destroyed by thermal expansion / contraction due to start-stop, and the current heat cycle resistance is about 100 times. That is, the system cannot endure the operation of repeatedly starting and stopping along with operation and berth, or even if it endures, it becomes a system with much energy loss.

上記の課題を解決するために、本願発明の移動体は、水素と酸素を供給して発電を行う高温型燃料電池と、前記高温型燃料電池の廃熱を利用するブレイトンサイクル動力装置と、前記ブレイトンサイクル動力装置の廃熱を利用するランキンサイクル動力装置とからなるコンバインドサイクルを具備し、動力出力系統と電力出力系統と、を有する。   In order to solve the above-described problems, a mobile body of the present invention includes a high-temperature fuel cell that generates power by supplying hydrogen and oxygen, a Brayton cycle power device that uses waste heat of the high-temperature fuel cell, A combined cycle including a Rankine cycle power unit that uses waste heat of the Brayton cycle power unit is provided, and includes a power output system and a power output system.

前記ブレイトンサイクル動力装置はガス膨張機であり、前記ランキンサイクル動力装置
は蒸気膨張機であることが好ましい。 Preferably, the Brayton cycle power unit is a gas expander and the Rankine cycle power unit is a steam expander.

前記高温型燃料電池から得られた電力は、電動機に供給されて動力に変換され、第一の接続機を介して動力伝達手段に送られ、前記コンバインドサイクルの動力と統合され、統合された動力が第二の接続機を介して動力軸に出力されることが好ましい。   Electric power obtained from the high-temperature fuel cell is supplied to an electric motor, converted into power, sent to power transmission means via a first connecting device, integrated with the power of the combined cycle, and integrated power Is preferably output to the power shaft via the second connecting machine.

前記ブレイトンサイクル動力装置と、前記ランキンサイクル動力装置が発電機に接続されていることが好ましい。   It is preferable that the Brayton cycle power unit and the Rankine cycle power unit are connected to a generator.

既存電力インフラと系統連携する連携装置を有することが好ましい。   It is preferable to have a cooperation device that links the existing power infrastructure.

本願発明の発電システムは、上記移動体と、既存電力インフラと系統連携する連携装置から成る。   The power generation system of the present invention includes the above-described moving body and a cooperation device that links the existing power infrastructure.

本発明は、エネルギー効率が高く、かつ、寿命が長い高温型燃料電池を備える移動体を提供する。   The present invention provides a moving object including a high-temperature fuel cell having high energy efficiency and a long life.

高温型燃料電池のメリットの一つは、熱自立して運転される限りにおいて、効率がサイズに依存しないという点にあり、小規模にした場合に効率が動作原理的に低下する熱機関に比して、比較的小さなスケールでも効率のよい発電が行える点にある。   One of the merits of high-temperature fuel cells is that the efficiency does not depend on the size as long as they are operated independently of heat. Thus, efficient power generation is possible even with a relatively small scale.

一般的な火力発電所の出力は一基あたり数十万KWであって、対して船舶用動力は最大でも数万KWであるが、高温型燃料電池を用いる限りにおいては、両者のスケールで効率の差は殆ど無い。   The output of a typical thermal power plant is several hundred thousand kW, and the power for ships is tens of thousands of kW at the maximum. However, as long as a high-temperature fuel cell is used, efficiency is improved on both scales. There is almost no difference.

従って、運行時には船舶動力として機能する系統を、停泊時には発電機ないしは発電所として機能する系統を持った船舶は、従来の火力発電所に劣らない高効率の移動体発電所として使用することが可能である。これによって、機関を止める必要が無くなり、上述のサイクルが経済合理的に船舶に適用可能であるほか、陸上の火力発電所の建設コストを削減することができる、あるいは燃料が切れたら自航して補充が出来る、産油国が天然ガス等を電力に加工して輸出することが出来る、などの経済効果が期待できる。   Therefore, a ship with a system that functions as a ship power during operation and a system that functions as a generator or a power plant when anchored can be used as a highly efficient mobile power plant that is not inferior to conventional thermal power plants. It is. This eliminates the need to shut down the engine and allows the above cycle to be economically applied to ships, reduces construction costs for onshore thermal power plants, or self-propells when fuel runs out. Economic effects such as replenishment and the ability of oil-producing countries to process natural gas into electric power and export it can be expected.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同じ参照符号を付して、その重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout all the drawings, and redundant description thereof is omitted.

（実施の形態１）
本願の第一の発明は、燃料電池を用いた発電サイクルと、前記発電サイクルの剰余物を利用したブレイトンサイクルないしランキンサイクルとの複合サイクルによって動作する動力装置を具備し、動力出力系統と電力出力系統を有する移動体である。 (Embodiment 1)
A first invention of the present application includes a power unit that operates by a combined cycle of a power generation cycle using a fuel cell and a Brayton cycle or Rankine cycle using a surplus of the power generation cycle, and includes a power output system and a power output. It is a moving body having a system.

本願の第二の発明は、上記第一の発明に記載した移動体と、これと既存電力インフラを系統連携する連携装置を有する発電システムである。   The second invention of the present application is a power generation system having the mobile unit described in the first invention and a linkage device that systematically links this with the existing power infrastructure.

図１は、本願発明の実施形態１に係る移動体の動力装置系統を示す。   FIG. 1 shows a power unit system for a moving body according to Embodiment 1 of the present invention.

図１は、この移動体が移動中の（投入エネルギーが動力として活用されているときの）動力接続形態を示している。   FIG. 1 shows a power connection form when the moving body is moving (when input energy is utilized as power).

本願発明の移動体は、高温型燃料電池４と、高温型燃料電池４の廃熱を利用するブレイトンサイクル動力装置５と、ブレイトンサイクル動力装置５の廃熱を利用するランキンサイクル動力装置７とからなるコンバインドサイクルを有している。   The mobile body of the present invention includes a high-temperature fuel cell 4, a Brayton cycle power unit 5 that uses waste heat of the high-temperature type fuel cell 4, and a Rankine cycle power unit 7 that uses waste heat of the Brayton cycle power unit 5. Have a combined cycle.

原燃料供給手段１とはいわゆる燃料タンクであり、特にLNG、プロパン等のガスタンクである。これより供給された原燃料は改質装置３によって水蒸気改質され、水素に転化されて高温型燃料電池４に供給される。通常高温型燃料電池は、MCFCで約650℃、SOFCではそれ以上の温度で運転されるが、改質反応もおおよそ650℃程度で行われる反応であって、図示するように高温型燃料電池に併設する形で改質装置を配置し、高温型燃料電池で発生する廃熱を利用して改質反応を行うことが可能である。   The raw fuel supply means 1 is a so-called fuel tank, particularly a gas tank such as LNG or propane. The raw fuel supplied thereby is steam reformed by the reformer 3, converted into hydrogen, and supplied to the high temperature fuel cell 4. Normally, a high-temperature fuel cell is operated at a temperature of about 650 ° C for MCFC and higher than that for SOFC, but the reforming reaction is also performed at about 650 ° C. It is possible to arrange a reformer in a side-by-side manner and perform a reforming reaction using waste heat generated in a high-temperature fuel cell.

また、特にSOFCに関しては、その高い動作温度を利して、高温型燃料電池内のアノード触媒上で上記改質反応を起こすことができる（直接内部改質）。その場合には見かけ上改質装置は存在しないが、改質手段は有している。いずれにせよ、供給された原燃料は形態はともかく改質されて高温型燃料電池アノード触媒上に供給されるということになる。なお、上記反応を行うための補機として、例えば、改質反応を行うに際する水の添加機構、温度勾配に逆らって高温型燃料電池にガスを投入するために必要な昇圧ポンプ、逆流防止装置、非常時に運転を停止するための緊急遮断弁が別途必要であるが、全体の理解に重要ではないため、図１には図示していない。   Further, particularly with respect to SOFC, the above reforming reaction can be caused on the anode catalyst in the high temperature fuel cell by taking advantage of the high operating temperature (direct internal reforming). In that case, there is no apparent reforming device, but there is a reforming means. In any case, the supplied raw fuel is reformed anyway and supplied onto the high temperature fuel cell anode catalyst. In addition, as an auxiliary machine for performing the above reaction, for example, a mechanism for adding water during the reforming reaction, a booster pump necessary for introducing gas into the high-temperature fuel cell against the temperature gradient, and backflow prevention Although an apparatus and an emergency shut-off valve for stopping operation in an emergency are separately required, they are not shown in FIG. 1 because they are not important for the whole understanding.

また、空気供給手段２は、通常ブロワーないしコンプレッサーであり、通常は高温型燃料電池から生じた電力によって、その運転状況に応じ適切に制御されて駆動されるものである。従って、ここにも、電力線や制御装置、フィルター等の補機が必要であるが、同じ理由で図示していない。   The air supply means 2 is usually a blower or a compressor, and is normally driven by electric power generated from a high-temperature fuel cell, being appropriately controlled according to its operating condition. Therefore, auxiliary equipment such as a power line, a control device, and a filter is also necessary here, but it is not shown for the same reason.

改質ガスおよび空気が供給された高温型燃料電池では、カソードに供給された空気に含まれる酸素が、カソードにおける触媒反応により、MCFCの場合にはCO3−に、SOFCの場合にはO2−に転化されて電解質に取り込まれ、対面のアノードに透過する。そしてアノードにおいて水素と電気化学的に反応して水を生成し、その反応エネルギーの一部を電気的に電力として取りだすことができ、残りは発熱となる。高温型燃料電池の効率は以下の式で表される。   In a high-temperature fuel cell supplied with reformed gas and air, oxygen contained in the air supplied to the cathode is converted into CO3− in the case of MCFC and O2− in the case of SOFC by the catalytic reaction at the cathode. It is converted and taken into the electrolyte and permeates through the facing anode. Then, it reacts electrochemically with hydrogen at the anode to produce water, and a part of the reaction energy can be taken out as electric power, and the rest becomes heat. The efficiency of the high-temperature fuel cell is expressed by the following equation.

Figure 2010105578
Figure 2010105578

従って、例えば電流密度0.15A/cm2で運転された高温型燃料電池の実電圧が0.74Vであるならば、その発電効率は50％となる。またこのときの発熱量は発電量と等しい。従って、ある電流密度で運転される高温型燃料電池の単セル電圧が0.74Vであって、その出力が10000KWであるならば、発熱量も10000KWである。   Therefore, for example, if the actual voltage of a high-temperature fuel cell operated at a current density of 0.15 A / cm 2 is 0.74 V, its power generation efficiency is 50%. The amount of heat generated at this time is equal to the amount of power generation. Therefore, if the single cell voltage of a high-temperature fuel cell operated at a certain current density is 0.74 V and its output is 10000 KW, the heat generation amount is 10000 KW.

高温型燃料電池は、上述のように運転に伴い発熱するため、この運転温度を所定の温度に保つために冷却が必要である。これは通常、供給される空気の量を増加し、セルを空冷することによってなされる。従って、高温型燃料電池に供給される空気は、反応に必要な化学量論値に対して過剰であり、この過剰度合いを示すために、酸素利用率（Uo）という指標数値が用いられる。   Since the high-temperature fuel cell generates heat during operation as described above, cooling is necessary to maintain this operating temperature at a predetermined temperature. This is usually done by increasing the amount of air supplied and air cooling the cell. Therefore, the air supplied to the high-temperature fuel cell is excessive with respect to the stoichiometric value necessary for the reaction, and an index value called oxygen utilization rate (Uo) is used to indicate the degree of excess.

Figure 2010105578
Figure 2010105578

例えばUo=0.5とは、反応に必要な酸素（空気）の量の二倍の酸素（空気）を投入して運転がなされていることを意味する。上記高温型燃料電池においての、通常のUoは0.2〜0.5の範囲にある。   For example, Uo = 0.5 means that the operation is performed by supplying oxygen (air) twice as much as the amount of oxygen (air) necessary for the reaction. The normal Uo in the high temperature fuel cell is in the range of 0.2 to 0.5.

また、高温型燃料電池においては、取り出しうる値を超えて電力負荷を与えた場合に、転極という現象が生じ、これは時として不可逆的なセルの破壊につながる。このため、負荷の変動を考慮した場合においても、少なくとも燃料欠乏による転極を起こさない目的で、燃料も量論値より過剰に投入されるのが通常である。この過剰度合いを示すために、燃料利用率（Uf）という指標数値が用いられる。   In a high-temperature fuel cell, when a power load is applied beyond a value that can be taken out, a phenomenon of inversion occurs, which sometimes leads to irreversible cell destruction. For this reason, even when load fluctuations are taken into account, the fuel is usually supplied in excess of the stoichiometric value for the purpose of causing no inversion due to fuel shortage. In order to indicate this excess degree, an index value called a fuel utilization rate (Uf) is used.

Figure 2010105578
Figure 2010105578

例えばUf＝0.8とは、投入された燃料の80％が消費されて運転される状態を指す。上記高温型燃料電池においての、通常のUoは0.7〜0.95の範囲にある。   For example, Uf = 0.8 indicates a state in which 80% of the injected fuel is consumed. The normal Uo in the high temperature fuel cell is in the range of 0.7 to 0.95.

このように、高温型燃料電池はその負荷に応じて、適切な量の燃料と冷却を勘案した適切な空気が供給されて、所定温度で運転され、未反応の高温の燃料および空気を排出する。なお、高温型燃料電池内で生成した水蒸気は排燃料ガスに含まれて排出される。   As described above, the high-temperature fuel cell is supplied with an appropriate amount of fuel and appropriate air in consideration of cooling according to the load, is operated at a predetermined temperature, and discharges unreacted high-temperature fuel and air. . In addition, the water vapor | steam produced | generated in the high temperature type fuel cell is contained in exhaust fuel gas, and is discharged | emitted.

ガス膨張機５（ガスタービン）は、高温型燃料電池より排出された燃料と空気を混合して燃焼し、この膨張圧を動力に変換する装置である（ブレイトンサイクル）。概ね上述のUo、Ufから導かれる空燃比の範囲で良好な燃焼状態が得られるよう設計され、また制御される。   The gas expander 5 (gas turbine) is a device that mixes the fuel discharged from the high-temperature fuel cell and air, burns it, and converts this expansion pressure into power (Brayton cycle). The engine is designed and controlled so that a good combustion state can be obtained in the range of the air-fuel ratio derived from Uo and Uf.

ガスタービンから排出された排気ガスは、なお数百度の温度を持っており、この熱は水蒸気発生器６(ボイラー)に投入されて、高温高圧の水蒸気を生成する。水蒸気発生器で発生された高温高圧の水蒸気は水蒸気膨張機７（蒸気タービン）に投入され、その膨張エネルギーによって動力を生じる（ランキンサイクル）。水蒸気は図示するように、復水器８で冷却された後、ボイラーに循環される。   The exhaust gas discharged from the gas turbine still has a temperature of several hundred degrees, and this heat is input to the steam generator 6 (boiler) to generate high-temperature and high-pressure steam. The high-temperature and high-pressure steam generated by the steam generator is input to the steam expander 7 (steam turbine), and power is generated by the expansion energy (Rankine cycle). As shown in the figure, the water vapor is cooled by the condenser 8 and then circulated to the boiler.

一般に、その温度での蒸気圧による耐力まで考慮した鋼材の耐熱性の制約から、ボイラーの常用温度の最高温度は560℃近辺までとされるが、上記の燃焼排ガス温度は、ボイラーの設計次第で、この常用最高温度までの水蒸気の加熱が可能である。ただし、上記ボイラー温度は、高ければ高くなるほど後段の膨張機の効率が上がる反面、耐圧が必要で大規模化すること、安全装置等の補機が必要で複雑化すること、膨張機に多段タービンを用いなければその実効性が無く大型化すること等を考慮に入れ、それを行うに値するコストメリットがあるかを含めて、適用する船のサイズと合わせて選定する必要がある。このような高効率のタービンを導入して割に合うのは概ね10000KW（１０MW）程度以上であって、トン数にして、10000t以上のサイズの船舶となる。   In general, due to the heat resistance limitation of steel materials considering the proof stress due to the steam pressure at that temperature, the maximum boiler normal temperature is around 560 ° C, but the above flue gas temperature depends on the boiler design. It is possible to heat the steam up to the normal maximum temperature. However, the higher the boiler temperature, the higher the efficiency of the later stage expander. On the other hand, it is necessary to withstand pressure, increase in scale, and require complicated equipment such as a safety device. If it is not used, it will be necessary to select it according to the size of the ship to be applied, including whether there is a cost merit worth doing so, considering that it is not effective and upsizing. Introducing such a high-efficiency turbine is generally about 10000 KW (10 MW) or more, and the tonnage is a ship with a size of 10000 t or more.

他方、高温型燃料電池から得られた電力は、電動機９に供給されて動力に変換され、第一の接続機１０を介して動力伝達手段１１に送られ、上述の膨張機の動力と統合され、この統合動力が第二の接続機１２を介して動力軸に出力される。   On the other hand, the electric power obtained from the high-temperature fuel cell is supplied to the electric motor 9 and converted into power, sent to the power transmission means 11 via the first connecting device 10, and integrated with the power of the above-described expander. The integrated power is output to the power shaft via the second connecting device 12.

なお、図面は概念的にプーリーとベルトを用いた最も単純な形態を示しているが、もちろん手段はこれに限定されず、一般的に知られている全ての動力伝達手段が利用可能であり、また図示したように単純な動力伝達系でなく、変速機その他の機械要素が含まれることは勿論である。   The drawings conceptually show the simplest form using pulleys and belts, but of course the means are not limited to this, and all commonly known power transmission means can be used, Further, as shown in the drawing, it is a matter of course that a transmission and other mechanical elements are included instead of a simple power transmission system.

前述のとおり、ガスタービンまでの二段のコンバインドサイクルによって、全投入エネルギーの60％が、さらに蒸気タービンまでの３段のコンバインドサイクルによって70％程度が動力として回収されることになり、これは、大型ディーゼル機関の効率45％に対して30％程度高く、それだけ船舶の燃料消費率を低減することが可能である。   As described above, 60% of the total input energy is recovered by the two-stage combined cycle up to the gas turbine, and about 70% is recovered as power by the three-stage combined cycle up to the steam turbine. The efficiency of large diesel engines is about 30% higher than the efficiency of 45%, and it is possible to reduce the fuel consumption rate of ships.

図２は、本発明の移動体が停泊中で、発電設備として活用されているときの系統(電力出力系統)を示す。   FIG. 2 shows a system (power output system) when the mobile body of the present invention is anchored and used as a power generation facility.

第一の接続機１０および第二の接続機１２の接続が切れており、動力は出力軸に出力されていない。   The connection between the first connecting machine 10 and the second connecting machine 12 is disconnected, and no power is output to the output shaft.

代わりに、膨張機動力は動力伝達手段１１によって統合されて、第三の接続機１４を介して発電機１５の駆動力に充てられる。   Instead, the expander power is integrated by the power transmission means 11 and used for the driving force of the generator 15 via the third connecting device 14.

高温型燃料電池から得られた電力と発電機から得られた電力は電力ケーブル１６、系統連携設備１７を介して、既存電力インフラの18電力線と系統連携される。系統連携設備１７は勿論船内に設けてもかまわない。   The electric power obtained from the high-temperature fuel cell and the electric power obtained from the generator are system-linked with the 18 power lines of the existing power infrastructure via the power cable 16 and the system linking equipment 17. Of course, the system linkage facility 17 may be provided on the ship.

この系による発電効率も上述の70％程度のものであり（発電機の発電効率は90％以上であって殆ど損失が無い）、火力平均効率40％を上回るものであって、経済合理的に既存電力インフラであるところの火力発電所を代替できるものである。   The power generation efficiency of this system is about 70% as mentioned above (the power generation efficiency of the generator is 90% or more and almost no loss), and the thermal power efficiency exceeds 40%. It can replace the thermal power plant that is the existing power infrastructure.

このように、系統をつなぎかえるだけで、動力および電力のアウトプットを切り替えることの出来る構成とすることで、高温型燃料電池は停泊中も止める理由がなくなり、上述の高温型燃料電池が上記船舶動力として適用可能となる。   In this way, by switching the system and switching the output of power and electric power, there is no reason to stop the high-temperature fuel cell even when it is anchored. Applicable as power.

また、この移動体の目的を停泊時の火力代替に絞って考えるならば、燃料を自航して輸送する高効率の移動型発電所とみることができ、大量の冷却水を必要とするために海岸線に立地しなければならない火力発電所の建設コストを削減することにつながる。沿岸地域に工場を建設する場合等、一時的に電力が必要な場合にも好適に用いられる。   In addition, if the purpose of this moving body is limited to thermal power substitution at the time of berthing, it can be regarded as a highly efficient mobile power station that transports fuel by self-propulsion and requires a large amount of cooling water. This leads to a reduction in the construction cost of thermal power plants that must be located on the coastline. It is also suitable for cases where electric power is needed temporarily, such as when constructing factories in coastal areas.

なお、移動体としては、大型タンカー等の船舶だけではなく、列車や飛行機、大型車両等にも本発明を同様に適用することができる。   In addition, as a mobile body, this invention is applicable not only to ships, such as a large tanker, but a train, an airplane, a large vehicle, etc. similarly.

（実施の形態２）
図３は、実施の形態１とは異なる系統による移動体を示す。相違点は、ガス膨張機および水蒸気膨張機の動力は発電機に接続され、一旦電力に変えられた後に電力統合装置１９によって統合され、電動機９を駆動して動力変換される点にある。 (Embodiment 2)
FIG. 3 shows a moving body based on a system different from that of the first embodiment. The difference is that the power of the gas expander and the steam expander is connected to a generator, and once converted into electric power, it is integrated by the power integration device 19 and the power is converted by driving the electric motor 9.

本船の系統が動力アウトプットされている場合において、一旦全ての動力を電力に変えて、それをまた動力に変えるのは、変換ロスの面から非効率であるが、一旦電力変換された電力は極めて制御性よく扱うことができるという利点がある。   When the ship's system is powered, it is inefficient from the viewpoint of conversion loss to convert all the power into electric power and then convert it into power again. There is an advantage that it can be handled with extremely good controllability.

この移動体が停泊中の系統図を図４に示す。発電所として使う場合には、電力系統をつなぎかえるだけで容易に系統連携が可能となる点が、実施の形態１に比して優れる。実施
の形態１と実施の形態２は、主な用途を船舶とするか、発電所とするかによって、適宜選択される。 FIG. 4 shows a system diagram when the moving body is anchored. When used as a power plant, it is superior to Embodiment 1 in that system linkage can be easily achieved by simply switching the power system. The first and second embodiments are appropriately selected depending on whether the main application is a ship or a power plant.

本発明の移動体は、エネルギー効率が高く、かつ、寿命が長く、例えば、従来の火力発電所に劣らない高効率の移動体発電所として使用することが可能である。   The mobile body of the present invention has high energy efficiency and a long life, and can be used as a mobile power station with high efficiency that is not inferior to, for example, a conventional thermal power station.

本願発明の第一の実施形態(動力出力系統)を示す図The figure which shows 1st embodiment (power output system) of this invention. 本願発明の第一の実施形態(電力出力系統)を示す図The figure which shows 1st embodiment (power output system) of this invention 本願発明の第二の実施形態(動力出力系統)を示す図The figure which shows 2nd embodiment (power output system) of this invention. 本願発明の第二の実施形態(電力出力系統)を示す図The figure which shows 2nd embodiment (electric power output system) of this invention

符号の説明Explanation of symbols

１ 原燃料供給手段
２ 空気供給手段
３ 改質装置
４ 高温型燃料電池
５ ブレイトンサイクル動力装置（ガス膨張機、ガスタービン)
６ 水蒸気発生器
７ ランキンサイクル動力装置（水蒸気膨張機、蒸気タービン）
８ 復水器
９ 電動機
１０ 第一の接続機(クラッチ)
１１ 動力伝達手段
１２ 第二の接続機(クラッチ)
１３ 出力軸
１４ 第三の接続機(クラッチ)
１５ 発電機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw fuel supply means 2 Air supply means 3 Reformer 4 High temperature type fuel cell 5 Brayton cycle power unit (gas expander, gas turbine)
6 Steam generator 7 Rankine cycle power unit (steam expander, steam turbine)
8 Condenser 9 Electric motor 10 First connection machine (clutch)
11 Power transmission means 12 Second connection machine (clutch)
13 Output shaft 14 Third connection machine (clutch)
15 Generator

Claims (6)

水素と酸素を供給して発電を行う高温型燃料電池と、
前記高温型燃料電池の廃熱を利用するブレイトンサイクル動力装置と、前記ブレイトンサイクル動力装置の廃熱を利用するランキンサイクル動力装置とからなるコンバインドサイクルを具備し、
動力出力系統と電力出力系統と、を有する移動体。 A high-temperature fuel cell that generates electricity by supplying hydrogen and oxygen; and
A combined cycle consisting of a Brayton cycle power unit that uses waste heat of the high-temperature fuel cell and a Rankine cycle power unit that uses waste heat of the Brayton cycle power unit;
A moving body having a power output system and a power output system. 前記ブレイトンサイクル動力装置はガス膨張機であり、
前記ランキンサイクル動力装置は蒸気膨張機であることを特徴とする請求項１記載の移動体。 The Brayton cycle power unit is a gas expander;
The moving body according to claim 1, wherein the Rankine cycle power unit is a steam expander. 前記高温型燃料電池から得られた電力は、電動機に供給されて動力に変換され、第一の接続機を介して動力伝達手段に送られ、前記コンバインドサイクルの動力と統合され、統合された動力が第二の接続機を介して動力軸に出力されることを特徴とする請求項１記載の移動体。 Electric power obtained from the high-temperature fuel cell is supplied to an electric motor, converted into power, sent to power transmission means via a first connecting device, integrated with the power of the combined cycle, and integrated power Is output to the power shaft via the second connecting machine. 前記ブレイトンサイクル動力装置と、前記ランキンサイクル動力装置が発電機に接続されていることを特徴とする請求項１記載の移動体。 The moving body according to claim 1, wherein the Brayton cycle power unit and the Rankine cycle power unit are connected to a generator. 既存電力インフラと系統連携する連携装置を有する請求項１記載の移動体。 The mobile body according to claim 1, further comprising a cooperation device that links with an existing power infrastructure. 請求項１記載の移動体と、既存電力インフラと系統連携する連携装置を有する発電システム。 A power generation system comprising the mobile unit according to claim 1 and a linkage device that links the existing power infrastructure.
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