JP3344439B2 - タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法 - Google Patents
タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
発電設備におけるタービンコンプレッサ用燃焼装置とそ
の燃焼方法に関する。
発電設備におけるタービンコンプレッサ用燃焼装置とそ
の燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図５に示すように燃料ガ
ス１と水蒸気２との混合ガス３を水素を含むアノードガ
ス４に改質する改質器１０と、アノードガス４と酸素を
含むカソードガス５とから発電する燃料電池２０とを備
えており、改質器１０で作られたアノードガス４は燃料
電池２０に供給され、燃料電池内でその大部分（例えば
８０％）を消費してアノード排ガス６となり、その水分
を気水分離器１２で分離した後、燃焼用ガス７として改
質器１０の燃焼器に供給される。改質器１０では燃焼用
ガス７中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を
燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この高温の
燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を流れる混合ガ
ス３を改質する。改質器を出た燃焼排ガス８にはコンプ
レッサ２４で加圧された空気１１が合流してカソードガ
ス５となり、このカソードガス５は、燃料電池２０内で
一部が反応して高温のカソード排ガス９となり、その一
部がリサイクルされ、残りはタービンコンプレッサ２２
（動力回収装置）のタービン２３で動力を回収し、ボイ
ラ２５で熱を回収して、系外に排出される。なお、図５
で、１３はアノード排ガスブロア、１４はカソード循環
ブロアである。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図５に示すように燃料ガ
ス１と水蒸気２との混合ガス３を水素を含むアノードガ
ス４に改質する改質器１０と、アノードガス４と酸素を
含むカソードガス５とから発電する燃料電池２０とを備
えており、改質器１０で作られたアノードガス４は燃料
電池２０に供給され、燃料電池内でその大部分（例えば
８０％）を消費してアノード排ガス６となり、その水分
を気水分離器１２で分離した後、燃焼用ガス７として改
質器１０の燃焼器に供給される。改質器１０では燃焼用
ガス７中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を
燃焼器で燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この高温の
燃焼ガスにより改質管を加熱し改質管内を流れる混合ガ
ス３を改質する。改質器を出た燃焼排ガス８にはコンプ
レッサ２４で加圧された空気１１が合流してカソードガ
ス５となり、このカソードガス５は、燃料電池２０内で
一部が反応して高温のカソード排ガス９となり、その一
部がリサイクルされ、残りはタービンコンプレッサ２２
（動力回収装置）のタービン２３で動力を回収し、ボイ
ラ２５で熱を回収して、系外に排出される。なお、図５
で、１３はアノード排ガスブロア、１４はカソード循環
ブロアである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した燃料電池発電
設備において、部分負荷時には設備内の循環ガス量を定
格の約３０％程度まで減少させる必要がある。しかし、
タービンコンプレッサ２２のコンプレッサ２４は、その
特性上、定格流量の８０％程度以下になるとサージング
を起こし安定して使用できなくなるため、従来の発電設
備では、図５に示すように、タービンコンプレッサのタ
ービン２３の入口ラインに燃焼器２６と空気バイパスラ
イン２７を設け、部分負荷時にカソード排ガス９の流量
が少なくなると、空気バイパスライン２７を介してコン
プレッサ２４で圧縮した空気１１の一部をカソード排ガ
ス９に合流させ、かつ燃焼器２６で燃料ガス１を燃焼さ
せて、タービン２３に流入するガスの流量と温度を高
め、コンプレッサ２４のサージングを防ぐようにしてい
た。
設備において、部分負荷時には設備内の循環ガス量を定
格の約３０％程度まで減少させる必要がある。しかし、
タービンコンプレッサ２２のコンプレッサ２４は、その
特性上、定格流量の８０％程度以下になるとサージング
を起こし安定して使用できなくなるため、従来の発電設
備では、図５に示すように、タービンコンプレッサのタ
ービン２３の入口ラインに燃焼器２６と空気バイパスラ
イン２７を設け、部分負荷時にカソード排ガス９の流量
が少なくなると、空気バイパスライン２７を介してコン
プレッサ２４で圧縮した空気１１の一部をカソード排ガ
ス９に合流させ、かつ燃焼器２６で燃料ガス１を燃焼さ
せて、タービン２３に流入するガスの流量と温度を高
め、コンプレッサ２４のサージングを防ぐようにしてい
た。
【０００４】しかし、かかるタービンコンプレッサの運
転手段では、燃焼器２６の安定燃焼範囲が狭く、火炎
が吹き消えやすい問題点があった。すなわち、日本機械
学会論文集（Ｂ編）５２巻４７３号（昭６１−１）の文
献「燃焼触媒における低濃度メタンの燃焼条件の検討」
（永沼義男ら）に開示された図３から明らかなように、
従来の燃焼器２６における火炎燃焼ではメタン濃度が約
５％以下になるとわずかの流速でも吹き消え(Blow Off)
が生じるため、空気バイパスライン２７を介してカソ
ード排ガス９に合流させる空気１１（合流空気）の多少
にかかわらずカソード排ガス９と合流空気の総和の５％
に相当する燃料ガスを常に必要とし、このため、常に余
分の燃料ガスを消費し、発電設備全体の効率を低下させ
てしまう問題点があった。また、合流空気の多少にか
かわらず常に５％に相当する燃料ガスを燃焼させるた
め、合流空気が少ない場合にはタービン２３に流入する
ガスが過熱される問題点があった。
転手段では、燃焼器２６の安定燃焼範囲が狭く、火炎
が吹き消えやすい問題点があった。すなわち、日本機械
学会論文集（Ｂ編）５２巻４７３号（昭６１−１）の文
献「燃焼触媒における低濃度メタンの燃焼条件の検討」
（永沼義男ら）に開示された図３から明らかなように、
従来の燃焼器２６における火炎燃焼ではメタン濃度が約
５％以下になるとわずかの流速でも吹き消え(Blow Off)
が生じるため、空気バイパスライン２７を介してカソ
ード排ガス９に合流させる空気１１（合流空気）の多少
にかかわらずカソード排ガス９と合流空気の総和の５％
に相当する燃料ガスを常に必要とし、このため、常に余
分の燃料ガスを消費し、発電設備全体の効率を低下させ
てしまう問題点があった。また、合流空気の多少にか
かわらず常に５％に相当する燃料ガスを燃焼させるた
め、合流空気が少ない場合にはタービン２３に流入する
ガスが過熱される問題点があった。
【０００５】更に、図３に示されるように、触媒燃焼
を用いて比較的薄いメタン濃度で燃焼させることもでき
るが、この場合でも約１ｍ／ｓ程度の流速で２〜３％に
相当する燃料ガスを必要とし、同様に発電設備全体の効
率を低下させる問題点があり、かつ触媒燃焼の場合
に、合流空気が少なくガス温度が高くなりすぎると触媒
を短時間に劣化させてしまう問題点があった。
を用いて比較的薄いメタン濃度で燃焼させることもでき
るが、この場合でも約１ｍ／ｓ程度の流速で２〜３％に
相当する燃料ガスを必要とし、同様に発電設備全体の効
率を低下させる問題点があり、かつ触媒燃焼の場合
に、合流空気が少なくガス温度が高くなりすぎると触媒
を短時間に劣化させてしまう問題点があった。
【０００６】本発明は上述した種々の問題点を解決する
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、最小限の燃料ガスで安定燃焼を維持することがで
き、タービンに流入するガス温度を最適なレベルまで高
めることができ、これにより、コンプレッサのサージン
グを防止して燃料電池発電設備を低い部分負荷（例えば
定格の約３０％程度）で運転することができる、タービ
ンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法を提供することに
ある。
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、最小限の燃料ガスで安定燃焼を維持することがで
き、タービンに流入するガス温度を最適なレベルまで高
めることができ、これにより、コンプレッサのサージン
グを防止して燃料電池発電設備を低い部分負荷（例えば
定格の約３０％程度）で運転することができる、タービ
ンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法を提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池のカソード排ガスで駆動するタービンと、該タービン
で駆動され空気を圧縮するコンプレッサとを備えたター
ビンコンプレッサ用の燃焼装置であって、カソード排ガ
スが低流量の場合に、コンプレッサで圧縮した空気の一
部を燃料ガスと混合する燃料混合ラインと、混合された
ガスを高温のカソード排ガスで間接加熱する熱交換器
と、加熱された混合ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼後
の排ガスを熱交換器を通過したカソード排ガスと混合し
てタービンに供給するガス供給ラインと、を備え、これ
により、タービンに供給するガスの流量と温度を高めコ
ンプレッサのサージングを防止することを特徴とするタ
ービンコンプレッサ用燃焼装置が提供される。
池のカソード排ガスで駆動するタービンと、該タービン
で駆動され空気を圧縮するコンプレッサとを備えたター
ビンコンプレッサ用の燃焼装置であって、カソード排ガ
スが低流量の場合に、コンプレッサで圧縮した空気の一
部を燃料ガスと混合する燃料混合ラインと、混合された
ガスを高温のカソード排ガスで間接加熱する熱交換器
と、加熱された混合ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼後
の排ガスを熱交換器を通過したカソード排ガスと混合し
てタービンに供給するガス供給ラインと、を備え、これ
により、タービンに供給するガスの流量と温度を高めコ
ンプレッサのサージングを防止することを特徴とするタ
ービンコンプレッサ用燃焼装置が提供される。
【０００８】本発明の好ましい実施例によれば、前記燃
焼器は、内部に燃焼触媒を備えた触媒燃焼器である。ま
た、ガス流量調節弁を有し、前記熱交換器をバイパスし
てカソード排ガスを流すガスバイパスラインと、熱交換
器で加熱された混合ガスの温度を検出して前記ガス流量
調節弁を制御する加熱ガス温度調節器とを更に備え、該
加熱ガス温度調節器により、前記加熱された混合ガスが
触媒燃焼の開始に適した温度になるようにガス流量調節
弁を制御する。前記触媒燃焼の開始に適した温度は、約
３５０℃〜約４５０℃である、ことが好ましい。更に、
空気流量調節弁を有し、前記熱交換器と燃焼器をバイパ
スして空気を燃焼後の排ガスに供給する空気バイパスラ
インと、燃焼後の排ガス温度を検出して前記空気流量調
節弁を制御する排ガス温度調節器とを更に備え、該排ガ
ス温度調節器により、前記排ガス温度が触媒燃焼に適し
た温度になるように空気流量調節弁を制御する。前記触
媒燃焼に適した温度は、約７５０℃〜約１０００℃であ
る、ことが好ましい。
焼器は、内部に燃焼触媒を備えた触媒燃焼器である。ま
た、ガス流量調節弁を有し、前記熱交換器をバイパスし
てカソード排ガスを流すガスバイパスラインと、熱交換
器で加熱された混合ガスの温度を検出して前記ガス流量
調節弁を制御する加熱ガス温度調節器とを更に備え、該
加熱ガス温度調節器により、前記加熱された混合ガスが
触媒燃焼の開始に適した温度になるようにガス流量調節
弁を制御する。前記触媒燃焼の開始に適した温度は、約
３５０℃〜約４５０℃である、ことが好ましい。更に、
空気流量調節弁を有し、前記熱交換器と燃焼器をバイパ
スして空気を燃焼後の排ガスに供給する空気バイパスラ
インと、燃焼後の排ガス温度を検出して前記空気流量調
節弁を制御する排ガス温度調節器とを更に備え、該排ガ
ス温度調節器により、前記排ガス温度が触媒燃焼に適し
た温度になるように空気流量調節弁を制御する。前記触
媒燃焼に適した温度は、約７５０℃〜約１０００℃であ
る、ことが好ましい。
【０００９】また、本発明によれば、燃料電池のカソー
ド排ガスで駆動するタービンと、該タービンで駆動され
空気を圧縮するコンプレッサとを備えたタービンコンプ
レッサ用の燃焼方法であって、カソード排ガスが低流量
の場合に、コンプレッサで圧縮した空気の一部を燃料ガ
スと混合し、該混合ガスを高温のカソード排ガスで間接
加熱し、該加熱混合ガスを触媒燃焼させ、該燃焼排ガス
を間接加熱後のカソード排ガスに混合してタービンに供
給する、ことにより、タービンに供給するガスの流量と
温度を高めコンプレッサのサージングを防止することを
特徴とするタービンコンプレッサ用燃焼方法が提供され
る。
ド排ガスで駆動するタービンと、該タービンで駆動され
空気を圧縮するコンプレッサとを備えたタービンコンプ
レッサ用の燃焼方法であって、カソード排ガスが低流量
の場合に、コンプレッサで圧縮した空気の一部を燃料ガ
スと混合し、該混合ガスを高温のカソード排ガスで間接
加熱し、該加熱混合ガスを触媒燃焼させ、該燃焼排ガス
を間接加熱後のカソード排ガスに混合してタービンに供
給する、ことにより、タービンに供給するガスの流量と
温度を高めコンプレッサのサージングを防止することを
特徴とするタービンコンプレッサ用燃焼方法が提供され
る。
【００１０】
【作用】上記本発明の装置及び方法によれば、カソード
排ガスが低流量の場合に、コンプレッサで圧縮した空気
の一部をカソード排ガスと混合してタービンに供給する
ので、タービンに供給されるガス量を増大させることが
できる。また、燃料混合ラインにより燃料ガスは必要な
空気とのみ混合するので、カソード排ガスで燃料ガスが
希釈されることがなく、タービンに供給するガスの加熱
に必要な最小限の燃料ガスを燃焼器で安定燃焼させるこ
とができる。更に、空気と混合された燃料ガスを熱交換
器によりカソード排ガスで間接加熱するので、燃焼器で
の燃焼に適した温度に燃料ガスを予熱することができ
る。
排ガスが低流量の場合に、コンプレッサで圧縮した空気
の一部をカソード排ガスと混合してタービンに供給する
ので、タービンに供給されるガス量を増大させることが
できる。また、燃料混合ラインにより燃料ガスは必要な
空気とのみ混合するので、カソード排ガスで燃料ガスが
希釈されることがなく、タービンに供給するガスの加熱
に必要な最小限の燃料ガスを燃焼器で安定燃焼させるこ
とができる。更に、空気と混合された燃料ガスを熱交換
器によりカソード排ガスで間接加熱するので、燃焼器で
の燃焼に適した温度に燃料ガスを予熱することができ
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付してその説明の重複を省略する。図１
は、本発明によるタービンコンプレッサ用燃焼装置を備
えた図５と同様の発電設備の全体構成図であり、図２
は、タービンコンプレッサ用燃焼装置の全体構成図であ
る。図１において、タービンコンプレッサ用燃焼装置３
０以外の構成は、図５の従来の発電設備と同様である。
図１及び図２において、本発明のタービンコンプレッサ
用燃焼装置３０は、燃料電池２０のカソード排ガス９で
駆動するタービン２３と、タービン２３で駆動され空気
１１を圧縮するコンプレッサ２４とを備えたタービンコ
ンプレッサ２２用の燃焼装置である。
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付してその説明の重複を省略する。図１
は、本発明によるタービンコンプレッサ用燃焼装置を備
えた図５と同様の発電設備の全体構成図であり、図２
は、タービンコンプレッサ用燃焼装置の全体構成図であ
る。図１において、タービンコンプレッサ用燃焼装置３
０以外の構成は、図５の従来の発電設備と同様である。
図１及び図２において、本発明のタービンコンプレッサ
用燃焼装置３０は、燃料電池２０のカソード排ガス９で
駆動するタービン２３と、タービン２３で駆動され空気
１１を圧縮するコンプレッサ２４とを備えたタービンコ
ンプレッサ２２用の燃焼装置である。
【００１２】図２において、本発明のタービンコンプレ
ッサ用燃焼装置３０は、カソード排ガス９が低流量の場
合に、コンプレッサ２４で圧縮した空気１１の一部を燃
料ガス１と混合する燃料混合ライン３１と、混合された
ガスを高温のカソード排ガス９で間接加熱する熱交換器
３２と、加熱された混合ガスを燃焼させる燃焼器３３
と、燃焼後の排ガスを熱交換器３２を通過したカソード
排ガス９と混合してタービン２３に供給するガス供給ラ
イン３４と、を備えている。燃料混合ライン３１には、
導入する空気１１の流量を調節するための空気流量調節
弁３１ａと、燃料ガスの流量を調節するための燃料流量
調節弁３１ｂとが設けられ、部分負荷に対応した空気と
燃料ガスを供給するように制御される。
ッサ用燃焼装置３０は、カソード排ガス９が低流量の場
合に、コンプレッサ２４で圧縮した空気１１の一部を燃
料ガス１と混合する燃料混合ライン３１と、混合された
ガスを高温のカソード排ガス９で間接加熱する熱交換器
３２と、加熱された混合ガスを燃焼させる燃焼器３３
と、燃焼後の排ガスを熱交換器３２を通過したカソード
排ガス９と混合してタービン２３に供給するガス供給ラ
イン３４と、を備えている。燃料混合ライン３１には、
導入する空気１１の流量を調節するための空気流量調節
弁３１ａと、燃料ガスの流量を調節するための燃料流量
調節弁３１ｂとが設けられ、部分負荷に対応した空気と
燃料ガスを供給するように制御される。
【００１３】かかる構成により、カソード排ガス９が低
流量の場合に、コンプレッサ２４で圧縮した空気の一部
をカソード排ガス９と混合してタービン２３に供給する
ので、タービン２３に供給されるガス量を増大すること
ができる。また、燃料混合ライン３１により燃料ガス１
はカソード排ガスに混合される空気とのみ混合するの
で、カソード排ガスで燃料ガスが希釈されることがな
く、タービン２３に供給するガスの加熱に必要な最小限
の燃料ガスを燃焼器３３で安定燃焼させることができ
る。更に、空気と混合された燃料ガス１（２００〜３０
０℃）を熱交換器３２により高温（例えば５００〜７０
０℃）のカソード排ガス９で間接加熱するので、燃焼器
３３での燃焼に適した温度に燃料ガス１を予熱すること
ができる。従って、この構成によりタービン２３に供給
するガスの流量と温度を高めコンプレッサ２４のサージ
ングを防止することができる。
流量の場合に、コンプレッサ２４で圧縮した空気の一部
をカソード排ガス９と混合してタービン２３に供給する
ので、タービン２３に供給されるガス量を増大すること
ができる。また、燃料混合ライン３１により燃料ガス１
はカソード排ガスに混合される空気とのみ混合するの
で、カソード排ガスで燃料ガスが希釈されることがな
く、タービン２３に供給するガスの加熱に必要な最小限
の燃料ガスを燃焼器３３で安定燃焼させることができ
る。更に、空気と混合された燃料ガス１（２００〜３０
０℃）を熱交換器３２により高温（例えば５００〜７０
０℃）のカソード排ガス９で間接加熱するので、燃焼器
３３での燃焼に適した温度に燃料ガス１を予熱すること
ができる。従って、この構成によりタービン２３に供給
するガスの流量と温度を高めコンプレッサ２４のサージ
ングを防止することができる。
【００１４】本発明の燃焼器３３は、内部に燃焼触媒を
備えた触媒燃焼器であるのが好ましい。燃焼触媒として
は、ニッケルを主成分とする通常の燃焼触媒を使用す
る。触媒の形状は、ハニカム状のものを充填して使用す
るのがよい。また、燃焼器３３の寸法は、最大流量が流
れるときに内部のガス流速が触媒燃焼に適した速度（例
えば約１ｍ／ｓ程度）となるようにするのがよい。かか
る構成により、図３に示したように、２〜３％程度の比
較的低いメタン濃度でガス流速１ｍ／ｓ以上の比較的広
い範囲で安定燃焼をさせることができる。また、この燃
焼器３３にはカソード排ガス９が全く流入しないので、
ガスの全流量が少なく、燃料濃度が薄くならないので消
費する燃料ガスを大幅に低減することができる。
備えた触媒燃焼器であるのが好ましい。燃焼触媒として
は、ニッケルを主成分とする通常の燃焼触媒を使用す
る。触媒の形状は、ハニカム状のものを充填して使用す
るのがよい。また、燃焼器３３の寸法は、最大流量が流
れるときに内部のガス流速が触媒燃焼に適した速度（例
えば約１ｍ／ｓ程度）となるようにするのがよい。かか
る構成により、図３に示したように、２〜３％程度の比
較的低いメタン濃度でガス流速１ｍ／ｓ以上の比較的広
い範囲で安定燃焼をさせることができる。また、この燃
焼器３３にはカソード排ガス９が全く流入しないので、
ガスの全流量が少なく、燃料濃度が薄くならないので消
費する燃料ガスを大幅に低減することができる。
【００１５】図４は、前述の文献「燃焼触媒における低
濃度メタンの燃焼条件の検討」より抜粋した燃料ガスの
予熱温度と触媒温度との関係図である。この図から明ら
かなように、触媒燃焼の開始に適した予熱温度は、約３
５０℃〜約４５０℃であり、３４０℃以下の予熱温度で
は安定した燃焼ができないおそれがある。本発明の燃焼
装置３０は、図２に示すように、熱交換器３２をバイパ
スしてカソード排ガス９を流すガスバイパスライン３５
と、加熱ガス温度調節器３６とを更に備え、ガスバイパ
スライン３５にはガス流量調節弁３５ａが設けられ、加
熱ガス温度調節器３６により、熱交換器３２で加熱され
た混合ガスの温度を検出して混合ガスが触媒燃焼の開始
に適した温度（すなわち、約３５０℃〜約４５０℃）に
なるようにガス流量調節弁３５ａを制御するようになっ
ている。かかる構成により、触媒燃焼器に流入する燃料
ガスの予熱温度を最適化し、安定した触媒燃焼を維持す
ることができる。
濃度メタンの燃焼条件の検討」より抜粋した燃料ガスの
予熱温度と触媒温度との関係図である。この図から明ら
かなように、触媒燃焼の開始に適した予熱温度は、約３
５０℃〜約４５０℃であり、３４０℃以下の予熱温度で
は安定した燃焼ができないおそれがある。本発明の燃焼
装置３０は、図２に示すように、熱交換器３２をバイパ
スしてカソード排ガス９を流すガスバイパスライン３５
と、加熱ガス温度調節器３６とを更に備え、ガスバイパ
スライン３５にはガス流量調節弁３５ａが設けられ、加
熱ガス温度調節器３６により、熱交換器３２で加熱され
た混合ガスの温度を検出して混合ガスが触媒燃焼の開始
に適した温度（すなわち、約３５０℃〜約４５０℃）に
なるようにガス流量調節弁３５ａを制御するようになっ
ている。かかる構成により、触媒燃焼器に流入する燃料
ガスの予熱温度を最適化し、安定した触媒燃焼を維持す
ることができる。
【００１６】また、触媒燃焼に適した温度は、約７５０
℃〜約１０００℃であり、低すぎると不完全燃焼が生
じ、高すぎると触媒が早期に劣化するおそれがある。本
発明の燃焼装置３０は、図２に示すように、熱交換器３
２と燃焼器３３をバイパスして空気を燃焼後の排ガスに
供給する空気バイパスライン３７と、排ガス温度調節器
３８とを更に備え、空気バイパスライン３７には空気流
量調節弁３７ａが設けられ、排ガス温度調節器３８によ
り燃焼後の排ガス温度を検出して排ガス温度が触媒燃焼
に適した温度（すなわち、約７５０℃〜約１０００℃）
になるように空気流量調節弁３７ａを制御するようにな
っている。かかる構成により、燃焼触媒における燃焼温
度を最適化し、燃料の完全燃焼と燃焼触媒の劣化防止を
同時に行うことができる。
℃〜約１０００℃であり、低すぎると不完全燃焼が生
じ、高すぎると触媒が早期に劣化するおそれがある。本
発明の燃焼装置３０は、図２に示すように、熱交換器３
２と燃焼器３３をバイパスして空気を燃焼後の排ガスに
供給する空気バイパスライン３７と、排ガス温度調節器
３８とを更に備え、空気バイパスライン３７には空気流
量調節弁３７ａが設けられ、排ガス温度調節器３８によ
り燃焼後の排ガス温度を検出して排ガス温度が触媒燃焼
に適した温度（すなわち、約７５０℃〜約１０００℃）
になるように空気流量調節弁３７ａを制御するようにな
っている。かかる構成により、燃焼触媒における燃焼温
度を最適化し、燃料の完全燃焼と燃焼触媒の劣化防止を
同時に行うことができる。
【００１７】本発明の方法によれば、上述した装置によ
り燃料ガスを次のように燃焼させ、タービンコンプレッ
サに導入する。すなわち、カソード排ガス９が低流量の
場合に、コンプレッサ２４で圧縮した空気の一部を燃料
ガス１と混合し、この混合ガスを高温のカソード排ガス
９で間接加熱し、この加熱混合ガスを触媒燃焼器３３で
触媒燃焼させ、燃焼排ガスを間接加熱後のカソード排ガ
スに混合してタービン２３に供給する。これにより、タ
ービン２３に供給するガスの流量と温度を高めコンプレ
ッサのサージングを防止することができる。
り燃料ガスを次のように燃焼させ、タービンコンプレッ
サに導入する。すなわち、カソード排ガス９が低流量の
場合に、コンプレッサ２４で圧縮した空気の一部を燃料
ガス１と混合し、この混合ガスを高温のカソード排ガス
９で間接加熱し、この加熱混合ガスを触媒燃焼器３３で
触媒燃焼させ、燃焼排ガスを間接加熱後のカソード排ガ
スに混合してタービン２３に供給する。これにより、タ
ービン２３に供給するガスの流量と温度を高めコンプレ
ッサのサージングを防止することができる。
【００１８】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】上述したように、本発明の装置及び方法
によれば、カソード排ガスが低流量の場合に、コンプレ
ッサで圧縮した空気の一部をカソード排ガスと混合して
タービンに供給するので、タービンに供給されるガス量
を増大させることができる。また、燃料混合ラインによ
り燃料ガスはカソード排ガスに混合される空気とのみ混
合するので、カソード排ガスで燃料ガスが希釈されるこ
とがなく、タービンに供給するガスの加熱に必要な最小
限の燃料ガスを燃焼器で安定燃焼させることができる。
更に、空気と混合された燃料ガスを熱交換器により高温
のカソード排ガスで間接加熱するので、燃焼器での燃焼
に適した温度に燃料ガスを予熱することができる。
によれば、カソード排ガスが低流量の場合に、コンプレ
ッサで圧縮した空気の一部をカソード排ガスと混合して
タービンに供給するので、タービンに供給されるガス量
を増大させることができる。また、燃料混合ラインによ
り燃料ガスはカソード排ガスに混合される空気とのみ混
合するので、カソード排ガスで燃料ガスが希釈されるこ
とがなく、タービンに供給するガスの加熱に必要な最小
限の燃料ガスを燃焼器で安定燃焼させることができる。
更に、空気と混合された燃料ガスを熱交換器により高温
のカソード排ガスで間接加熱するので、燃焼器での燃焼
に適した温度に燃料ガスを予熱することができる。
【００２０】従って、本発明のタービンコンプレッサ用
燃焼装置と燃焼方法は、最小限の燃料ガスで安定燃焼を
維持することができ、タービンに流入するガス温度を最
適なレベルまで高めることができ、これにより、コンプ
レッサのサージングを防止して燃料電池発電設備を低い
部分負荷で運転することができる、優れた効果を有す
る。
燃焼装置と燃焼方法は、最小限の燃料ガスで安定燃焼を
維持することができ、タービンに流入するガス温度を最
適なレベルまで高めることができ、これにより、コンプ
レッサのサージングを防止して燃料電池発電設備を低い
部分負荷で運転することができる、優れた効果を有す
る。
【図１】本発明による燃焼装置を備えた発電設備の全体
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明による燃焼装置の全体構成図である。
【図３】安定燃焼の範囲を示す図である。
【図４】燃料ガスの予熱温度と触媒温度との関係図であ
る。
る。
【図５】従来の発電設備の全体構成図である。
１ 燃料ガス ２ 水蒸気 ３ 混合ガス ４ アノードガス ５ カソードガス ６ アノード排ガス ７ 燃焼用ガス ８ 燃焼排ガス ９ カソード排ガス １０ 改質器 １１ 空気 １３ アノード排ガスブロア １４ カソード循環ブロア ２０ 燃料電池 ２２ 動力回収装置 ２３ タービン ２４ コンプレッサ ２５ ボイラ ３０ タービンコンプレッサ用燃焼装置 ３１ 燃料混合ライン ３１ａ 空気流量調節弁 ３１ｂ 燃料流量調節弁 ３２ 熱交換器 ３３ 燃焼器 ３４ ガス供給ライン ３５ ガスバイパスライン ３５ａ ガス流量調節弁 ３６ 加熱ガス温度調節器 ３７ 空気バイパスライン ３７ａ 空気流量調節弁 ３８ 排ガス温度調節器 Ａ アノード側 Ｃ カソード側
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−144455（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−144456（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−80968（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−266906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−160575（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 3/22 F02C 6/00 H01M 8/00
Claims (7)
- 【請求項１】 燃料電池のカソード排ガスで駆動するタ
ービンと、該タービンで駆動され空気を圧縮するコンプ
レッサとを備えたタービンコンプレッサ用の燃焼装置で
あって、 カソード排ガスが低流量の場合に、コンプレッサで圧縮
した空気の一部を燃料ガスと混合する燃料混合ライン
と、混合されたガスを高温のカソード排ガスで間接加熱
する熱交換器と、加熱された混合ガスを燃焼させる燃焼
器と、燃焼後の排ガスを熱交換器を通過したカソード排
ガスと混合してタービンに供給するガス供給ラインと、
を備え、これにより、タービンに供給するガスの流量と
温度を高めコンプレッサのサージングを防止することを
特徴とするタービンコンプレッサ用燃焼装置。 - 【請求項２】 前記燃焼器は、内部に燃焼触媒を備えた
触媒燃焼器である、ことを特徴とする請求項１に記載の
燃焼装置。 - 【請求項３】 ガス流量調節弁を有し、前記熱交換器を
バイパスしてカソード排ガスを流すガスバイパスライン
と、熱交換器で加熱された混合ガスの温度を検出して前
記ガス流量調節弁を制御する加熱ガス温度調節器とを更
に備え、該加熱ガス温度調節器により、前記加熱された
混合ガスが触媒燃焼の開始に適した温度になるようにガ
ス流量調節弁を制御する、ことを特徴とする請求項２に
記載の燃焼装置。 - 【請求項４】 前記触媒燃焼の開始に適した温度は、約
３５０℃〜約４５０℃である、ことを特徴とする請求項
３に記載の燃焼装置。 - 【請求項５】 空気流量調節弁を有し、前記熱交換器と
燃焼器をバイパスして空気を燃焼後の排ガスに供給する
空気バイパスラインと、燃焼後の排ガス温度を検出して
前記空気流量調節弁を制御する排ガス温度調節器とを更
に備え、該排ガス温度調節器により、前記排ガス温度が
触媒燃焼に適した温度になるように空気流量調節弁を制
御する、ことを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。 - 【請求項６】 前記触媒燃焼に適した温度は、約７５０
℃〜約１０００℃である、ことを特徴とする請求項５に
記載の燃焼装置。 - 【請求項７】 燃料電池のカソード排ガスで駆動するタ
ービンと、該タービンで駆動され空気を圧縮するコンプ
レッサとを備えたタービンコンプレッサ用の燃焼方法で
あって、 カソード排ガスが低流量の場合に、コンプレッサで圧縮
した空気の一部を燃料ガスと混合し、該混合ガスを高温
のカソード排ガスで間接加熱し、該加熱混合ガスを触媒
燃焼させ、該燃焼排ガスを間接加熱後のカソード排ガス
に混合してタービンに供給する、ことにより、タービン
に供給するガスの流量と温度を高めコンプレッサのサー
ジングを防止することを特徴とするタービンコンプレッ
サ用燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00104894A JP3344439B2 (ja) | 1994-01-11 | 1994-01-11 | タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00104894A JP3344439B2 (ja) | 1994-01-11 | 1994-01-11 | タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07208200A JPH07208200A (ja) | 1995-08-08 |
| JP3344439B2 true JP3344439B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=11490675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00104894A Expired - Fee Related JP3344439B2 (ja) | 1994-01-11 | 1994-01-11 | タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3344439B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013521461A (ja) * | 2010-03-05 | 2013-06-10 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 高温の排気ガスを提供するための装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6049439B2 (ja) * | 2012-12-20 | 2016-12-21 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 発電システム及び発電システムの運転方法 |
| JP2014139424A (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム |
| JP6057775B2 (ja) * | 2013-02-26 | 2017-01-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンプラント及びその制御方法 |
| US11725584B2 (en) * | 2018-01-17 | 2023-08-15 | General Electric Company | Heat engine with heat exchanger |
| US11674396B2 (en) | 2021-07-30 | 2023-06-13 | General Electric Company | Cooling air delivery assembly |
| US11702958B2 (en) | 2021-09-23 | 2023-07-18 | General Electric Company | System and method of regulating thermal transport bus pressure |
-
1994
- 1994-01-11 JP JP00104894A patent/JP3344439B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013521461A (ja) * | 2010-03-05 | 2013-06-10 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 高温の排気ガスを提供するための装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07208200A (ja) | 1995-08-08 |
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