JP6071575B2

JP6071575B2 - Power generation system

Info

Publication number: JP6071575B2
Application number: JP2013007870A
Authority: JP
Inventors: 陽喜椋本; 眞竹　徳久; 徳久眞竹; 勝仁桐木平; 森　龍太郎; 龍太郎森; 大澤　弘行; 弘行大澤
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014137984A

Description

本発明は、発電システムに係り、特に燃料電池とガスタービンを連携した発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system, and more particularly to a power generation system in which a fuel cell and a gas turbine are linked.

燃料電池は、低公害で発電効率が高いため、近年、各種分野での利用が期待されている。燃料電池を用いた高効率発電システムとしては、燃料電池とガスタービンとを連携したコンバインド発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Fuel cells are expected to be used in various fields in recent years because of their low pollution and high power generation efficiency. As a highly efficient power generation system using a fuel cell, a combined power generation system in which a fuel cell and a gas turbine are linked is known (see, for example, Patent Document 1).

上記コンバインド発電システムにおいては、燃料電池はガスタービンの燃焼器の上流に設置され、燃料電池から排出される燃料（残燃料）を含む排燃料ガスをガスタービンの燃焼器に導入している。即ち、燃料電池とガスタービンの燃焼器とが配管にて接続されている。これにより全ての燃料を発電用に利用することができる。
一方、空気（酸化剤ガス）は、空気圧縮機で昇圧されて燃料電池に供給されると共に発電に利用され、燃料電池との熱交換により加熱された空気が燃焼空気としてガスタービンの燃焼器に導入される。ガスタービンでは高温高圧の燃焼排ガスがタービンを駆動することで電力に変換されるので、システム全体では高い発電効率が得られる。 In the combined power generation system, the fuel cell is installed upstream of the combustor of the gas turbine, and exhaust fuel gas including fuel (residual fuel) discharged from the fuel cell is introduced into the combustor of the gas turbine. That is, the fuel cell and the combustor of the gas turbine are connected by piping. Thereby, all the fuel can be utilized for power generation.
On the other hand, air (oxidant gas) is pressurized by an air compressor, supplied to the fuel cell and used for power generation, and the air heated by heat exchange with the fuel cell is used as combustion air in the combustor of the gas turbine. be introduced. In the gas turbine, high-temperature and high-pressure combustion exhaust gas is converted into electric power by driving the turbine, so that high power generation efficiency can be obtained in the entire system.

特開２０１０−１４６９３４号公報JP 2010-146934 A

ところで、上述したように、燃料電池とガスタービンを用いるコンバインド発電システムでは、ガスタービンの空気圧縮機から吐出される空気の一部が燃料電池に供給され、燃料電池の排燃料／排空気をガスタービンの燃焼器に戻して燃焼させる系統となっている。即ち、ガスタービンの運転圧力は、ガスタービンに接続された発電機などの負荷変化に応じて変動するため、この変動に伴い、以下のような問題が発生する。 As described above, in the combined power generation system using the fuel cell and the gas turbine, a part of the air discharged from the air compressor of the gas turbine is supplied to the fuel cell, and the exhaust fuel / exhaust air of the fuel cell is gasified. It is a system that returns to the combustor of the turbine and burns it. That is, the operating pressure of the gas turbine fluctuates in accordance with a load change of a generator or the like connected to the gas turbine, and the following problems occur with this fluctuation.

まず、ガスタービンの負荷変動に伴う圧力変化（燃焼器出口圧力）に対し、燃料電池側の圧力変化も追従させる必要が生じる。即ち、ガスタービンの燃焼器出口の圧力が変動することによって、燃料電池側の圧力も変動することになり、燃料電池の空気極と燃料極間で行っている圧力制御に影響が及んでしまう。 First, it is necessary to make the pressure change on the fuel cell side follow the pressure change (combustor outlet pressure) accompanying the load fluctuation of the gas turbine. That is, when the pressure at the combustor outlet of the gas turbine fluctuates, the pressure on the fuel cell side also fluctuates, which affects the pressure control performed between the air electrode and the fuel electrode of the fuel cell.

また、燃料電池側の圧力追従性が、ガスタービンの負荷変化に制限を与える可能性がある。即ち、燃料電池側の圧力制御に遅れが生じると、ガスタービンの負荷変化の速度も遅くなってしまう可能性がある。 Further, the pressure followability on the fuel cell side may limit the load change of the gas turbine. That is, if a delay occurs in the pressure control on the fuel cell side, the rate of change in the load of the gas turbine may also be reduced.

燃料電池を構成する圧力容器の内容積は、ガスタービンの内容積に対して大きいため、ガスタービンの圧力変化時には、ガスタービンの燃焼器へ流入する空気の流量変化が発生し、ガスタービンの運転に支障をきたす可能性がある。即ち、ガスタービンの圧力上昇時には、ガスタービンの圧縮機から吐出された空気は、燃料電池の圧力容器の加圧に費やされ、燃焼器側への流入量が低下してしまう可能性がある。 Since the internal volume of the pressure vessel that constitutes the fuel cell is larger than the internal volume of the gas turbine, when the pressure of the gas turbine changes, the flow rate of the air flowing into the combustor of the gas turbine changes and the gas turbine operates. May cause trouble. That is, when the pressure of the gas turbine rises, the air discharged from the compressor of the gas turbine is consumed for pressurizing the pressure vessel of the fuel cell, and the inflow amount to the combustor side may be reduced. .

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、燃料電池とガスタービンとを使用する発電システムにおいて、ガスタービン側の内圧変動を燃料電池側に与えず、燃料電池に供給される空気の圧力変化を抑制する発電システムを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell in a power generation system that uses a fuel cell and a gas turbine without causing internal pressure fluctuation on the gas turbine side to the fuel cell side. It is in providing the electric power generation system which suppresses the pressure change of the air supplied to the.

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明の発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料電池と、負荷に接続されているガスタービンと、前記ガスタービンに設けられ前記ガスタービンによって駆動される第一シャフトと、前記ガスタービンからの排ガスで駆動して、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する排気タービンと、前記排気タービンと接続され前記排気タービンによって前記第一シャフトに対して独立して駆動される第二シャフトと、前記排気タービンから排出される前記酸化剤ガスを前記燃料電池に直接的に供給する酸化剤ガスラインと、前記ガスタービンのタービンから排出される前記排ガスを放出する排ガスラインと、前記排ガスラインを介して前記排ガスが供給される排ガス燃焼器と、前記燃料電池から排出される排燃料ガスが導入される排燃料ラインと、前記燃料電池から排出される排酸化剤ガスが導入される排酸化剤ガスラインと、前記排燃料ラインを介して前記排燃料ガスが供給されるとともに、前記排酸化剤ガスラインを介して前記排酸化剤ガスが供給される排燃料燃焼器と、前記排ガスラインと、前記排酸化剤ガスラインとを接続するバイパスラインと、前記バイパスラインを流れる排ガスの流量を調整する排ガス流量調整手段と、を備え、前記排気タービンは、前記排ガス燃焼器で生成される高温燃焼ガスで駆動されることを特徴とする。
また、本発明の発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料電池と、負荷に接続されているガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスで駆動して、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する排気タービンと、前記ガスタービンのタービンから排出される前記排ガスを放出する排ガスラインと、前記排ガスラインを介して前記排ガスが供給される排ガス燃焼器と、前記燃料電池から排出される排燃料ガスが導入される排燃料ラインと、前記燃料電池から排出される排酸化剤ガスが導入される排酸化剤ガスラインと、前記排燃料ラインを介して前記排燃料ガスが供給されるとともに、前記排酸化剤ガスラインを介して前記排酸化剤ガスが供給される排燃料燃焼器と、前記排ガスラインと、前記排酸化剤ガスラインとを接続するバイパスラインと、前記バイパスラインを流れる排ガスの流量を調整する排ガス流量調整手段と、を備え、前記排気タービンは、前記排ガス燃焼器で生成される高温燃焼ガスで駆動されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
That is, the power generation system of the present invention includes a fuel cell that generates power with fuel gas and oxidant gas, a gas turbine connected to a load, and a first shaft that is provided in the gas turbine and driven by the gas turbine. And an exhaust turbine that is driven by exhaust gas from the gas turbine to supply an oxidant gas to the fuel cell, and is connected to the exhaust turbine and driven independently from the first shaft by the exhaust turbine. A second shaft, an oxidant gas line that directly supplies the oxidant gas discharged from the exhaust turbine to the fuel cell, an exhaust gas line that discharges the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine, An exhaust gas combustor to which the exhaust gas is supplied via the exhaust gas line and an exhaust fuel gas discharged from the fuel cell are introduced. An exhaust fuel line, an exhaust oxidant gas line into which exhaust oxidant gas discharged from the fuel cell is introduced, and the exhaust fuel gas is supplied through the exhaust fuel line, and the exhaust oxidant gas line An exhaust fuel combustor to which the exhaust oxidant gas is supplied via, a bypass line connecting the exhaust gas line and the exhaust oxidant gas line, and an exhaust gas flow rate for adjusting a flow rate of exhaust gas flowing through the bypass line Adjusting means, and the exhaust turbine is driven by high-temperature combustion gas generated in the exhaust gas combustor.
Further, the power generation system of the present invention includes a fuel cell that generates power with fuel gas and an oxidant gas, a gas turbine connected to a load, and an exhaust gas driven from the gas turbine to oxidize the fuel cell. An exhaust turbine for supplying the agent gas, an exhaust gas line for releasing the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine, an exhaust gas combustor to which the exhaust gas is supplied via the exhaust gas line, and an exhaust gas discharged from the fuel cell An exhaust fuel line into which the exhaust fuel gas to be introduced is introduced, an exhaust oxidant gas line into which the exhaust oxidant gas discharged from the fuel cell is introduced, and the exhaust fuel gas is supplied through the exhaust fuel line In addition, the exhaust fuel combustor to which the exhaust oxidant gas is supplied via the exhaust oxidant gas line, the exhaust gas line, and a bar that connects the exhaust oxidant gas line. With a pass line, and exhaust gas flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass line, wherein the exhaust turbine, characterized in that it is driven by the hot combustion gases produced in the exhaust gas combustor.

上記構成によれば、燃料電池に排気タービンの動力によって酸化剤ガスが供給されるため、ガスタービン側の内圧変動を燃料電池側に与えず、燃料電池に供給される酸化剤ガスの圧力変化を抑制することができる。
また、排気タービンに導入されるエネルギーが排ガス燃焼器によって増強されるため、排気タービンの動力を向上させることができる。
さらに、燃料電池から排出される排燃料ガスが排燃料燃焼器にて燃焼され、排燃料燃焼器の下流側に設置された例えば排熱回収ボイラで熱回収されるため、発電システムの効率を向上させることができる。
そして、ガスタービンの運転状態によらず、排気タービンへ供給される排ガスの量を一定にすることで、排気タービンの運転状態を一定とすることができる。例えば、ガスタービンから排出される排ガスが多量であった場合、バイパスラインを介して排ガスを排酸化剤ガスラインに導入させることができ、ガスタービンの運転状態が燃料電池へ及ぼす影響を小さくすることができる。 According to the above configuration, since the oxidant gas is supplied to the fuel cell by the power of the exhaust turbine, the internal pressure fluctuation on the gas turbine side is not given to the fuel cell side, and the pressure change of the oxidant gas supplied to the fuel cell is changed. Can be suppressed.
Moreover, since the energy introduced into the exhaust turbine is enhanced by the exhaust gas combustor, the power of the exhaust turbine can be improved.
Furthermore, the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is combusted in the exhaust fuel combustor, and heat recovery is performed by, for example, an exhaust heat recovery boiler installed downstream of the exhaust fuel combustor, thus improving the efficiency of the power generation system. Can be made.
And the operation state of an exhaust turbine can be made constant by making constant the quantity of the exhaust gas supplied to an exhaust turbine irrespective of the operation state of a gas turbine. For example, when there is a large amount of exhaust gas discharged from a gas turbine, the exhaust gas can be introduced into the exhaust oxidant gas line via the bypass line, and the influence of the operating state of the gas turbine on the fuel cell is reduced. Can do.

上記発電システムにおいて、前記排燃料ラインと、前記排ガス燃焼器とを接続する分岐排燃料ラインと、前記第分岐排燃料ラインを流れる排燃料ガスの流量を調整する排燃料流量調整手段と、を備えることが好ましい。
また、本発明の発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料電池と、負荷に接続されているガスタービンと、前記ガスタービンに設けられ前記ガスタービンによって駆動される第一シャフトと、前記ガスタービンからの排ガスで駆動して、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する排気タービンと、前記排気タービンと接続され前記排気タービンによって前記第一シャフトに対して独立して駆動される第二シャフトと、前記排気タービンから排出される前記酸化剤ガスを前記燃料電池に直接的に供給する酸化剤ガスラインと、前記ガスタービンのタービンから排出される前記排ガスを放出する排ガスラインと、前記排ガスラインを介して前記排ガスが供給される排ガス燃焼器と、前記燃料電池から排出される排燃料ガスが導入される排燃料ラインと、前記燃料電池から排出される排酸化剤ガスが導入される排酸化剤ガスラインと、前記排燃料ラインを介して前記排燃料ガスが供給されるとともに、前記排酸化剤ガスラインを介して前記排酸化剤ガスが供給される排燃料燃焼器と、前記排燃料ラインと、前記排ガス燃焼器とを接続する分岐排燃料ラインと、前記分岐排燃料ラインを流れる排燃料ガスの流量を調整する排燃料流量調整手段と、を備え、前記排気タービンは、前記排ガス燃焼器で生成される高温燃焼ガスで駆動されることを特徴とする。 The power generation system includes: a branch exhaust fuel line connecting the exhaust fuel line; the exhaust gas combustor; and an exhaust fuel flow rate adjusting unit that adjusts a flow rate of exhaust fuel gas flowing through the first branch exhaust fuel line. It is preferable.
The power generation system of the present invention includes a fuel cell that generates power with fuel gas and an oxidant gas, a gas turbine connected to a load, and a first shaft that is provided in the gas turbine and driven by the gas turbine. And an exhaust turbine that is driven by exhaust gas from the gas turbine to supply an oxidant gas to the fuel cell, and is connected to the exhaust turbine and driven independently from the first shaft by the exhaust turbine. A second shaft, an oxidant gas line that directly supplies the oxidant gas discharged from the exhaust turbine to the fuel cell, an exhaust gas line that discharges the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine, An exhaust gas combustor to which the exhaust gas is supplied via the exhaust gas line and an exhaust fuel gas discharged from the fuel cell are introduced. An exhaust fuel line, an exhaust oxidant gas line into which exhaust oxidant gas discharged from the fuel cell is introduced, and the exhaust fuel gas is supplied through the exhaust fuel line, and the exhaust oxidant gas line The exhaust fuel combustor to which the exhaust oxidant gas is supplied via the branch, the exhaust fuel line, the branch exhaust fuel line connecting the exhaust gas combustor, and the flow rate of the exhaust fuel gas flowing through the branch exhaust fuel line The exhaust turbine is driven by high-temperature combustion gas generated by the exhaust gas combustor.

上記構成によれば、排気タービンに供給される高温燃焼ガスを生成する排ガス燃焼器に燃料電池の排燃料ガスが使用できるため、発電システムの効率をさらに向上させることができる。 According to the above configuration, since the exhaust fuel gas of the fuel cell can be used in the exhaust gas combustor that generates the high-temperature combustion gas supplied to the exhaust turbine, the efficiency of the power generation system can be further improved.

上記発電システムにおいて、前記排気タービンに接続された発電機を備え、前記発電機を前記排気タービンの駆動用のモータとして使用することが好ましい。 The power generation system preferably includes a generator connected to the exhaust turbine, and the generator is used as a motor for driving the exhaust turbine.

本発明によれば、燃料電池とガスタービンとを使用する発電システムにおいて、ガスタービン側の内圧変動を燃料電池側に与えず、燃料電池に供給される空気の圧力変化を抑制することができる。また、燃料電池の運転圧力をガスタービンよりも低くすることができるので、耐圧性能を緩和し、信頼性が高く、低コストの燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, in a power generation system using a fuel cell and a gas turbine, it is possible to suppress a change in the pressure of air supplied to the fuel cell without applying the internal pressure fluctuation on the gas turbine side to the fuel cell side. Further, since the operating pressure of the fuel cell can be made lower than that of the gas turbine, it is possible to provide a fuel cell system with reduced pressure resistance, high reliability, and low cost.

本発明の第一実施形態に係る発電システムの系統図である。1 is a system diagram of a power generation system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a fuel cell module concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るセルスタックの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the cell stack which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るカートリッジの断面図である。It is sectional drawing of the cartridge which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るカートリッジの斜視図である。It is a perspective view of the cartridge which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係る発電システムの系統図である。It is a systematic diagram of the electric power generation system which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る発電システムの系統図である。It is a systematic diagram of the electric power generation system which concerns on 3rd embodiment of this invention.

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の発電システム１は燃料電池モジュール２と、ガスタービン３とを組み合わせた発電システムである。
ガスタービン３は、外気を吸入して圧縮する空気圧縮機４と、空気圧縮機４の下流側に設けられた燃焼器５と、燃焼器５の下流側に設けられたタービン６とを主な構成要素として有している。さらに、ガスタービン３には、発電機８が接続されている。また、燃焼器５には、第二燃料供給部３１より燃料ガスが供給されるようになっている。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the power generation system 1 of this embodiment is a power generation system in which a fuel cell module 2 and a gas turbine 3 are combined.
The gas turbine 3 mainly includes an air compressor 4 that sucks and compresses outside air, a combustor 5 provided on the downstream side of the air compressor 4, and a turbine 6 provided on the downstream side of the combustor 5. It has as a component. Furthermore, a generator 8 is connected to the gas turbine 3. In addition, fuel gas is supplied to the combustor 5 from the second fuel supply unit 31.

燃焼器５は、空気圧縮機４で圧縮された空気に燃料ガスを噴射して、高温燃焼ガスを生成する。タービン６は、燃焼器５により生成された高温燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、圧縮機４を回転駆動させるとともに、発電機８を駆動する。タービン６には、タービン６を回転駆動した後の高温燃焼ガス、即ち、排ガスが導入される排ガス配管９（排ガスライン）が設けられている。
排ガス配管９の下流側には、排ガス燃焼器２２が配置されている。排ガス燃焼器２２は、第三燃料供給部３２より燃料ガスが供給されるようになっている。 The combustor 5 injects fuel gas into the air compressed by the air compressor 4 to generate high-temperature combustion gas. The turbine 6 receives the supply of the high-temperature combustion gas generated by the combustor 5 to generate a rotational driving force, rotationally drives the compressor 4, and drives the generator 8. The turbine 6 is provided with an exhaust gas pipe 9 (exhaust gas line) into which high-temperature combustion gas after rotating the turbine 6, that is, exhaust gas is introduced.
An exhaust gas combustor 22 is disposed downstream of the exhaust gas pipe 9. The exhaust gas combustor 22 is supplied with fuel gas from the third fuel supply unit 32.

排ガス燃焼器２２の下流側には、排気タービン２３が設けられている。排気タービン２３は、ガスタービン３からの排ガスをエネルギーとして駆動されるものであり、外気を吸入して圧縮する圧縮機２４とタービン２５とを有している。排ガス燃焼器２２にて生成される高温燃焼ガスは、排気タービン２３のタービン２５に導入される。タービン２５は、排ガス燃焼器２２により生成された高温燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、圧縮機２４を回転駆動させる。
排気タービン２３には発電機３５を接続してもよい。また、接続した発電機３５は排気タービン２３の駆動用のモータとして使用してもよい。このような構成とすることによって、ガスタービン３からの排気が得られない期間において、燃料電池モジュール２に送風を行うことができる。 An exhaust turbine 23 is provided on the downstream side of the exhaust gas combustor 22. The exhaust turbine 23 is driven by using the exhaust gas from the gas turbine 3 as energy, and has a compressor 24 and a turbine 25 that sucks and compresses outside air. The high-temperature combustion gas generated in the exhaust gas combustor 22 is introduced into the turbine 25 of the exhaust turbine 23. The turbine 25 receives the supply of the high-temperature combustion gas generated by the exhaust gas combustor 22 and generates a rotational driving force to drive the compressor 24 to rotate.
A generator 35 may be connected to the exhaust turbine 23. Further, the connected generator 35 may be used as a motor for driving the exhaust turbine 23. By setting it as such a structure, it can blow to the fuel cell module 2 in the period when the exhaust_gas | exhaustion from the gas turbine 3 is not obtained.

燃料電池モジュール２は圧力容器１０と圧力容器１０の内部に収納された複数のカートリッジ２０１とを有している。
カートリッジ２０１は、燃料ガスＦ１及び酸化剤ガスＯ１の供給を受けて発電を行うものであって、燃料電池モジュール２に少なくとも一つ設けられている。
燃料電池モジュール２のカートリッジ２０１には、排気タービン２３の圧縮機２４から酸化剤ガスＯ１を供給する酸化剤ガス配管３３０と、燃料供給部２０から燃料ガスＦ１を供給する燃料配管３１０が接続されている。 The fuel cell module 2 includes a pressure vessel 10 and a plurality of cartridges 201 housed in the pressure vessel 10.
The cartridge 201 receives the supply of the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 and generates power. At least one cartridge 201 is provided in the fuel cell module 2.
The cartridge 201 of the fuel cell module 2 is connected to an oxidant gas pipe 330 that supplies the oxidant gas O1 from the compressor 24 of the exhaust turbine 23 and a fuel pipe 310 that supplies the fuel gas F1 from the fuel supply unit 20. Yes.

燃料ガスＦ１としては、例えば、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られたガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。また、酸化剤ガスＯ１としては、例えば、酸素を１５〜３０ｖｏｌ％含むガス等が利用される。代表的な酸化剤ガスＯ１としては、空気であるが、排燃焼ガスと空気との混合ガスや、酸素と空気との混合ガスを利用してもよい。 Examples of the fuel gas F1 include hydrocarbon gases such as hydrogen, carbon monoxide, and methane, gases obtained by gasification of carbonaceous raw materials such as coal, and gases containing two or more of these components. Used. Further, as the oxidant gas O1, for example, a gas containing 15 to 30 vol% oxygen is used. The representative oxidant gas O1 is air, but a mixed gas of exhaust combustion gas and air or a mixed gas of oxygen and air may be used.

発電システム１には、カートリッジ２０１における発電に用いられた後の排酸化剤ガスＯ２が導入される排酸化剤ガス配管３４０（排酸化剤ガスライン）と、カートリッジ２０１から排出される燃料ガス（排燃料ガスＦ２）が導入される排燃料配管３２０（排燃料ライン）とが設けられている。ここで、排燃料ガスＦ２とは、発電に用いられた燃料ガスと、発電に用いられなかった燃料ガスとを含むものである。 The power generation system 1 includes an exhaust oxidant gas pipe 340 (exhaust oxidant gas line) into which the exhaust oxidant gas O2 after being used for power generation in the cartridge 201 is introduced, and a fuel gas (exhaust gas) discharged from the cartridge 201. An exhaust fuel pipe 320 (exhaust fuel line) through which the fuel gas F2) is introduced is provided. Here, the exhaust fuel gas F2 includes the fuel gas used for power generation and the fuel gas not used for power generation.

また、発電システム１には、排酸化剤ガスＯ２と排燃料ガスＦ２とが供給される排燃料燃焼器２７を備えている。即ち、カートリッジ２０１における発電に用いられた後の排酸化剤ガスＯ２は、排酸化剤ガス配管３４０を介して排燃料燃焼器２７に供給され、カートリッジ２０１から排出される排燃料ガスＦ２は、排燃料配管３２０を介して排燃料燃焼器２７に供給される。さらに、排燃料燃焼器２７には、第四燃料供給部３４より燃料ガスが供給されるようになっている。 In addition, the power generation system 1 includes an exhaust fuel combustor 27 to which the exhaust oxidant gas O2 and the exhaust fuel gas F2 are supplied. That is, the exhaust oxidant gas O2 used for power generation in the cartridge 201 is supplied to the exhaust fuel combustor 27 through the exhaust oxidant gas pipe 340, and the exhaust fuel gas F2 discharged from the cartridge 201 is exhausted. The fuel is supplied to the exhaust fuel combustor 27 through the fuel pipe 320. Further, fuel gas is supplied to the exhaust fuel combustor 27 from the fourth fuel supply unit 34.

また、排気タービン２３から排ガスを排出する、ターボ排ガス配管２８は、排酸化剤ガス配管３４０に接続され、排燃料燃焼器２７に供給される。排燃料燃焼器２７にて生成される高温燃焼ガスは、排熱回収ボイラ２９（ＨＲＳＧ）に供給される。図示しないが、排熱回収ボイラ２９の下流側には、排熱回収ボイラ２９で発生した蒸気により作動する蒸気タービン、蒸気タービンの排気を復水する復水器、復水器からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段などを接続することができる。 A turbo exhaust gas pipe 28 that discharges exhaust gas from the exhaust turbine 23 is connected to the exhaust oxidant gas pipe 340 and supplied to the exhaust fuel combustor 27. The high-temperature combustion gas generated in the exhaust fuel combustor 27 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 29 (HRSG). Although not shown, on the downstream side of the exhaust heat recovery boiler 29, a steam turbine that is operated by steam generated in the exhaust heat recovery boiler 29, a condenser that condenses the exhaust of the steam turbine, and condensate from the condenser A water supply means for supplying water to the exhaust heat recovery boiler can be connected.

排燃料配管３２０には、排燃料ガスＦ２の一部を燃料配管３１０に戻して、燃料電池モジュール２に再循環させる燃料再循環配管３２５が接続されている。即ち、燃料再循環配管３２５の一方の端部は排燃料配管３２０に接続され、他方の端部は燃料配管３１０に接続されている。燃料再循環配管３２５には、燃料再循環配管３２５を流れる排燃料ガスＦ２を加圧する燃料再循環ブロア１５が設けられている。 Connected to the exhaust fuel pipe 320 is a fuel recirculation pipe 325 for returning a part of the exhaust fuel gas F2 to the fuel pipe 310 and recirculating it to the fuel cell module 2. That is, one end of the fuel recirculation pipe 325 is connected to the exhaust fuel pipe 320 and the other end is connected to the fuel pipe 310. The fuel recirculation pipe 325 is provided with a fuel recirculation blower 15 that pressurizes the exhaust fuel gas F2 flowing through the fuel recirculation pipe 325.

また、酸化剤ガス配管３３０からは、酸化剤ガスＯ１を排酸化剤ガス配管３４０へ分岐する空気分岐配管１８が設けられている。空気分岐配管１８は、発電システム１の起動時において、排気タービン２３から供給される酸化剤ガスＯ１をカートリッジ２０１ではなく排燃料燃焼器２７に直接バイパスさせるための配管である。酸化剤ガスＯ１の切り替えは、酸化剤ガス配管３３０及び空気分岐配管１８に設けられた流量調整弁３３によって行われる。 Further, an air branch pipe 18 that branches the oxidant gas O1 to the exhaust oxidant gas pipe 340 is provided from the oxidant gas pipe 330. The air branch pipe 18 is a pipe for bypassing the oxidant gas O1 supplied from the exhaust turbine 23 directly to the exhaust fuel combustor 27 instead of the cartridge 201 when the power generation system 1 is started. The switching of the oxidant gas O1 is performed by the flow rate adjustment valve 33 provided in the oxidant gas pipe 330 and the air branch pipe 18.

次に、燃料電池モジュール２の詳細構造について説明する。
図２に示すように、燃料電池モジュール２は、容器中心軸Ａｖを中心として容器中心軸方向Ｄｖに延びる円筒形状の圧力容器１０と、この圧力容器１０内に配置されている複数のカートリッジ２０１を有している。 Next, the detailed structure of the fuel cell module 2 will be described.
As shown in FIG. 2, the fuel cell module 2 includes a cylindrical pressure vessel 10 that extends in the vessel center axis direction Dv around the vessel center axis Av, and a plurality of cartridges 201 arranged in the pressure vessel 10. Have.

圧力容器１０は、例えば、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約３ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用される。このため、この圧力容器１０は、耐圧性を考慮して、円筒形状の胴部１１と、胴部１１の中心軸方向における両端部に形成されている半球状の鏡部１２とを有している。この圧力容器１０は、全体として円筒形状を成し、その容器中心軸Ａｖが上下方向に延びるよう設置されている。 The pressure vessel 10 is operated, for example, at an internal pressure of 0.1 MPa to about 3 MPa and an internal temperature of atmospheric temperature to about 550 ° C. For this reason, in consideration of pressure resistance, the pressure vessel 10 has a cylindrical body 11 and hemispherical mirrors 12 formed at both ends in the central axis direction of the body 11. Yes. The pressure vessel 10 has a cylindrical shape as a whole, and is installed such that the vessel central axis Av extends in the vertical direction.

カートリッジ２０１は、複数のセルスタックの束で構成されている。図３に示すように、セル集合体であるセルスタック１０１は、円筒形状（又は管形状）の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されているインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１１２と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。セルスタック１０１は、さらに、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５のうちで、基体管１０３の軸方向において最も端に形成されている燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されているリード膜１１５を有する。 The cartridge 201 is composed of a bundle of a plurality of cell stacks. As shown in FIG. 3, a cell stack 101 that is a cell assembly includes a cylindrical (or tube-shaped) base tube 103 and a plurality of fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103. And an interconnector 107 formed between the matching fuel cells 105. The fuel cell 105 is formed by stacking a fuel electrode 112, a solid electrolyte 111, and an air electrode 113. The cell stack 101 further includes an air electrode 113 of the fuel cell 105 formed at the end in the axial direction of the base tube 103 among the plurality of fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103. The lead film 115 is electrically connected through the interconnector 107.

本実施形態では、この円筒形状（又は管形状）のセルスタック１０１の内周側に燃料ガスＦ１が通り、外周側に酸化剤ガスＯ１が通る。 In the present embodiment, the fuel gas F1 passes through the inner peripheral side of the cylindrical (or tube-shaped) cell stack 101, and the oxidant gas O1 passes through the outer peripheral side.

基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ_２（ＣＳＺ）、Ｙ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ_２（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４等のいずれかで形成されている多孔質体である。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持する役目を担っている。さらに、この基体管１０３は、内周側に供給された燃料ガスＦ１を基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料電池セル１０５に拡散させる役目も担っている。 The base tube 103 is a porous body formed of, for example, any one of CaO stabilized ZrO ₂ (CSZ), Y ₂ O ₃ stabilized ZrO ₂ (YSZ), MgAl ₂ O _{4, and the} like. The base tube 103 plays a role of supporting the fuel cell 105, the interconnector 107, and the lead film 115. Further, the base tube 103 also has a function of diffusing the fuel gas F1 supplied to the inner peripheral side to the fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103 through the pores of the base tube 103. .

燃料極１１２は、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で形成されている。この場合、燃料極１１２は、燃料極１１２の成分であるＮｉが燃料ガスＦ１に対して触媒として作用する。この触媒としての作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＦ１中に、例えば、メタン（ＣＨ_４）と水蒸気とが含まれている場合、これら相互を反応させ、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する作用である。 The fuel electrode 112 is made of, for example, an oxide of a composite material of Ni and zirconia-based electrolyte material such as Ni / YSZ. In this case, in the fuel electrode 112, Ni which is a component of the fuel electrode 112 acts as a catalyst for the fuel gas F1. For example, when the fuel gas F1 supplied through the base tube 103 contains methane (CH ₄ ) and water vapor, the catalyst acts as a hydrogen (H ₂ ). And carbon monoxide (CO).

空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ_３系酸化物、又はＬａＣｏＯ_３系酸化物で形成されている。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される酸化剤ガスＯ１中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ^２−）を生成する。 The air electrode 113 is made of, for example, a LaSrMnO ₃ oxide or a LaCoO ₃ oxide. The air electrode 113 generates oxygen ions (O ²⁻ ) by dissociating oxygen in the supplied oxidant gas O 1 in the vicinity of the interface with the solid electrolyte 111.

固体電解質１１１は、例えば、主としてＹＳＺで形成されている。このＹＳＺは、ガスを通しにくい気密性と、高温下での高い酸素イオン導電性とを有している。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成された酸素イオン（Ｏ^２−）を燃料極１１２に移動させる。 The solid electrolyte 111 is mainly made of YSZ, for example. This YSZ has gas tightness that prevents gas from passing through and high oxygen ion conductivity at high temperatures. The solid electrolyte 111 moves oxygen ions (O ²⁻ ) generated at the air electrode 113 to the fuel electrode 112.

前述の燃料極１１２では、固体電解質１１１との界面付近において、改質により得られた水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ^２−）とが反応し、水（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。この燃料電池セル１０５では、この反応過程で酸素イオンから電子が放出されて、発電が行われる。 In the fuel electrode 112 described above, in the vicinity of the interface with the solid electrolyte 111, hydrogen (H ₂ ) and carbon monoxide (CO) obtained by reforming, and oxygen ions (O ²⁻ ) supplied from the solid electrolyte 111. React with each other to produce water (H ₂ O) and carbon dioxide (CO ₂ ). In the fuel cell 105, electrons are released from oxygen ions during this reaction process, and electric power is generated.

インターコネクタ１０７は、例えば、ＳｒＴｉＯ_３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ_３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物で形成されている。このインターコネクタ１０７は、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とが混合しないように緻密な膜で、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１１２とを電気的に接続する。つまり、このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５同士を電気的に直列接続する。 The interconnector 107 is made of, for example, a conductive perovskite oxide represented by M1-xLxTiO ₃ such as SrTiO ₃ (M is an alkaline earth metal element and L is a lanthanoid element). The interconnector 107 is a dense film so that the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 are not mixed, and has stable electrical conductivity in both an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere. The interconnector 107 electrically connects the air electrode 113 of one fuel cell 105 and the fuel electrode 112 of the other fuel cell 105 in adjacent fuel cells 105. That is, the interconnector 107 electrically connects adjacent fuel cells 105 in series.

リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で形成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により電気的に直列接続されている複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出する役目を担っている。 Since the lead film 115 needs to have electronic conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of other materials constituting the cell stack 101, for example, Ni such as Ni / YSZ and a zirconia-based electrolyte material And a composite material. The lead film 115 plays a role of leading the direct-current power generated by the plurality of fuel cells 105 electrically connected in series by the interconnector 107 to the vicinity of the end portion of the cell stack 101.

カートリッジ２０１は、図４及び図５に示すように、複数のセルスタック１０１と、複数のセルスタック１０１の束の一方の端部を覆う第一カートリッジヘッダ２２０ａと、複数のセルスタック１０１の束の他方の端部を覆う第二カートリッジヘッダ２２０ｂと、を有している。複数のセルスタック１０１は、互いに平行で且つその長手方向における互いの位置が揃って、全体として円柱形状を成している。また、第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、円柱形状を成している複数のセルスタック１０１の束の外径よりわずかに大きな外径の円筒形状を成している。このため、カートリッジ２０１は、全体として、セルスタック１０１の長手方向に長い円柱形状を成している。 4 and 5, the cartridge 201 includes a plurality of cell stacks 101, a first cartridge header 220a that covers one end of a bundle of the plurality of cell stacks 101, and a bundle of the plurality of cell stacks 101. And a second cartridge header 220b covering the other end. The plurality of cell stacks 101 are parallel to each other and aligned in the longitudinal direction thereof, and form a cylindrical shape as a whole. The first cartridge header 220a and the second cartridge header 220b have a cylindrical shape having an outer diameter slightly larger than the outer diameter of the bundle of the plurality of cell stacks 101 having a columnar shape. Therefore, the cartridge 201 as a whole has a cylindrical shape that is long in the longitudinal direction of the cell stack 101.

第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、いずれも、複数のセルスタック１０１の束の端部が開口２２８から内部に入り込む円筒形状のケーシング２２９ａ，２２９ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの開口２２８を塞ぐ断熱体２２７ａ，２２７ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの内部空間をセルスタック１０１の長手方向で２つの空間に仕切る管板２２５ａ，２２５ｂと、を有している。管板２２５ａ，２２５ｂ等は、インコネル（ニッケル基合金に対するスペシャルメタルズ社の登録商標）等の高温耐久性のある金属材料で形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂ及び断熱体２２７ａ，２２７ｂには、複数のセルスタック１０１の端部のそれぞれが挿通可能な貫通孔が形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂは、その貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の端部をシール部材又は接着剤２３７を介して支持する。このため、この管板２２５ａ，２２５ｂには貫通孔が形成されているものの、この管板２２５ａ，２２５ｂを基準にしてケーシング２２９ａ，２２９ｂ内の一方の空間に対する他方の空間の気密性が確保されている。断熱体２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内径は、ここに挿通されるセルスタック１０１の外径よりも大きく形成されている。つまり、断熱体２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の外周面との間には隙間２３５ａ，２３５ｂが存在する。 Each of the first cartridge header 220a and the second cartridge header 220b includes cylindrical casings 229a and 229b in which end portions of a bundle of the plurality of cell stacks 101 enter the inside from the opening 228, and openings 228 of the casings 229a and 229b. The heat insulating bodies 227a and 227b to be closed and the tube plates 225a and 225b that partition the internal space of the casings 229a and 229b into two spaces in the longitudinal direction of the cell stack 101 are provided. The tube plates 225a, 225b and the like are formed of a metal material having high temperature durability such as Inconel (registered trademark of Special Metals Co., Ltd. for nickel-based alloys). The tube plates 225a and 225b and the heat insulators 227a and 227b are formed with through holes through which the end portions of the plurality of cell stacks 101 can be inserted. The tube plates 225a and 225b support the end portion of the cell stack 101 inserted through the through holes via a seal member or an adhesive 237. Therefore, though the tube plates 225a and 225b are formed with through holes, the air tightness of the other space with respect to one space in the casings 229a and 229b is ensured with reference to the tube plates 225a and 225b. Yes. The inner diameters of the through holes of the heat insulators 227a and 227b are formed larger than the outer diameter of the cell stack 101 inserted therethrough. That is, gaps 235a and 235b exist between the inner peripheral surfaces of the through holes of the heat insulators 227a and 227b and the outer peripheral surface of the cell stack 101 inserted through the through holes.

第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、燃料ガスＦ１が供給される燃料ガス供給室２１７を形成している。このケーシング２２９ａには、燃料配管３１０からの燃料ガスＦ１を燃料ガス供給室２１７に導くための燃料ガス供給孔２３１ａが形成されている。この燃料ガス供給室２１７内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。燃料配管３１０から燃料ガス供給室２１７に導かれた燃料ガスＦ１は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に流れ込む。この際、燃料ガスＦ１は、燃料ガス供給室２１７により、複数のセルスタック１０１の各基体管１０３に対してほぼ均等流量に配分される。このため、複数のセルスタック１０１における各発電量の均一化を図ることができる。 A space formed by the casing 229a and the tube plate 225a of the first cartridge header 220a forms a fuel gas supply chamber 217 to which the fuel gas F1 is supplied. A fuel gas supply hole 231a for guiding the fuel gas F1 from the fuel pipe 310 to the fuel gas supply chamber 217 is formed in the casing 229a. In the fuel gas supply chamber 217, the ends of the base tube 103 in the plurality of cell stacks 101 are located and open here. The fuel gas F 1 guided from the fuel pipe 310 to the fuel gas supply chamber 217 flows into the base tube 103 of the plurality of cell stacks 101. At this time, the fuel gas F 1 is distributed at a substantially uniform flow rate to the base tube 103 of the plurality of cell stacks 101 by the fuel gas supply chamber 217. For this reason, each power generation amount in the plurality of cell stacks 101 can be made uniform.

第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、セルスタック１０１の基体管１０３内を通過した燃料ガスＦ１が流れ込む燃料ガス排出室２１９を形成している。このケーシング２２９ｂには、燃料ガス排出室２１９に流れ込んだ排燃料ガスＦ２を排燃料配管３２０に導くための燃料ガス排出孔２３１ｂが形成されている。この燃料ガス排出室２１９内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。複数のセルスタック１０１の各基体管１０３内を通過した燃料ガスＦ１は、前述したように、燃料ガス排出室２１９に流入した後、排燃料配管３２０を通って、圧力容器１０外へ排出される。 A space formed by the casing 229b and the tube plate 225b of the second cartridge header 220b forms a fuel gas discharge chamber 219 into which the fuel gas F1 that has passed through the base tube 103 of the cell stack 101 flows. The casing 229b has a fuel gas discharge hole 231b for guiding the exhaust fuel gas F2 flowing into the fuel gas discharge chamber 219 to the exhaust fuel pipe 320. In the fuel gas discharge chamber 219, the ends of the base tube 103 in the plurality of cell stacks 101 are located and open here. As described above, the fuel gas F1 that has passed through the base tube 103 of the plurality of cell stacks 101 flows into the fuel gas discharge chamber 219, and then is discharged out of the pressure vessel 10 through the exhaust fuel pipe 320. .

第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと断熱体２２７ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、酸化剤ガス供給室２１６を形成している。このケーシング２２９ｂには、酸化剤ガス配管３３０からの酸化剤ガスＯ１を酸化剤ガス供給室２１６に導くための酸化剤ガス供給孔２３３ｂが形成されている。この酸化剤ガス供給室２１６内に導かれた酸化剤ガスＯ１は、断熱体２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ｂから、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５へと流出する。 A space formed by the casing 229b, the heat insulator 227b, and the tube plate 225b of the second cartridge header 220b forms an oxidant gas supply chamber 216. An oxidant gas supply hole 233b for guiding the oxidant gas O1 from the oxidant gas pipe 330 to the oxidant gas supply chamber 216 is formed in the casing 229b. The oxidant gas O1 introduced into the oxidant gas supply chamber 216 is a gap 235b between the inner peripheral surface of the through hole of the heat insulator 227b and the outer peripheral surface of the cell stack 101 inserted through the through hole. From the first cartridge header 220a and the second cartridge header 220b.

第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５には、複数のセルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置されている。このため、この発電室２１５では、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とが電気化学的反応して、発電が行われる。なお、この発電室２１５で、セルスタック１０１の長手方向における中央部付近の温度は、燃料電池モジュール２の定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気になる。また、この発電室２１５は、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間であって、外周側が後述の内側断熱材１６で囲まれた空間である。 In the power generation chamber 215 between the first cartridge header 220a and the second cartridge header 220b, the fuel cells 105 of the plurality of cell stacks 101 are arranged. For this reason, in this power generation chamber 215, the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 react electrochemically to generate power. In this power generation chamber 215, the temperature near the center in the longitudinal direction of the cell stack 101 becomes a high temperature atmosphere of about 700 ° C. to 1100 ° C. during steady operation of the fuel cell module 2. Further, the power generation chamber 215 is a space between the first cartridge header 220a and the second cartridge header 220b and whose outer peripheral side is surrounded by an inner heat insulating material 16 described later.

第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと断熱体２２７ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、発電室２１５を通った排酸化剤ガスＯ２が流入する空気排出室２１８を形成している。このケーシング２２９ａには、空気排出室２１８に流れ込んだ排酸化剤ガスＯ２を排酸化剤ガス配管３４０に導くための空気排出孔２３３ａが形成されている。発電室２１５中の酸化剤ガスＯ１は、断熱体２２７ａの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ａから空気排出室２１８内に流入した後、排酸化剤ガス配管３４０を通って、圧力容器１０外へ排酸化剤ガスＯ２として排出される。 A space formed by the casing 229a, the heat insulator 227a, and the tube plate 225a of the first cartridge header 220a forms an air discharge chamber 218 into which the exhaust oxidant gas O2 that has passed through the power generation chamber 215 flows. The casing 229a has an air discharge hole 233a for guiding the exhaust oxidant gas O2 flowing into the air discharge chamber 218 to the exhaust oxidant gas pipe 340. The oxidant gas O1 in the power generation chamber 215 enters the air discharge chamber 218 from the gap 235a between the inner peripheral surface of the through hole of the heat insulator 227a and the outer peripheral surface of the cell stack 101 inserted through the through hole. After flowing in, it passes through the exhaust oxidant gas pipe 340 and is discharged out of the pressure vessel 10 as the exhaust oxidant gas O2.

発電室２１５の高温化に伴って、各カートリッジヘッダ２２０ａ，２２０ｂの管板２２５ａ，２２５ｂが高温化する。第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂの断熱体２２７ａ，２２７ｂは、この管板２２５ａ，２２５ｂが高温化による強度低下や酸化剤ガスＯ１中に含まれている酸化剤による腐食を抑える。さらに、この断熱体２２７ａ，２２７ｂは、管板２２５ａ，２２５ｂの熱変形も抑える。 As the temperature of the power generation chamber 215 increases, the tube plates 225a and 225b of the cartridge headers 220a and 220b increase in temperature. The heat insulators 227a and 227b of the first cartridge header 220a and the second cartridge header 220b suppress the strength of the tube plates 225a and 225b from being reduced due to high temperature and corrosion due to the oxidizing agent contained in the oxidizing gas O1. Further, the heat insulators 227a and 227b suppress thermal deformation of the tube plates 225a and 225b.

前述したように、発電室２１５中の酸化剤ガスＯ１と、この発電室２１５に配置されている複数のセルスタック１０１の内側を通る燃料ガスＦ１とは、セルスタック１０１における複数の燃料電池セル１０５で電気化学反応する。この結果、複数の燃料電池セル２０５で発電が行われる。 As described above, the oxidant gas O1 in the power generation chamber 215 and the fuel gas F1 passing through the inside of the plurality of cell stacks 101 arranged in the power generation chamber 215 are the plurality of fuel cells 105 in the cell stack 101. Electrochemical reaction with As a result, power generation is performed by the plurality of fuel cells 205.

複数の燃料電池セル２０５での発電で得られた直流電流は、複数の燃料電池セル２０５相互間に設けられているインターコネクタ１０７を経て、セルスタック１０１の端部側へ流れ、このセルスタック１０１のリード膜１１５に流れ込む。そして、この直流電流は、リード膜１１５から、集電板（不図示）を介して、カートリッジ２０１の集電棒（不図示）に流れ、カートリッジ２０１外部へ取り出される。複数の集電棒は、互いに直列及び／又は並列接続されている。集電棒のうち、最も下流側の集電棒は、例えば、図示されていないインバータに接続されている。カートリッジ２０１外部に取り出された直流電流は、直列及び／又は並列接続されている複数の集電棒を経て、例えば、インバータに流れ、ここで交流電流に変換されて、電力負荷へと供給される。 The direct current obtained by the power generation in the plurality of fuel cells 205 flows to the end side of the cell stack 101 through the interconnector 107 provided between the plurality of fuel cells 205, and this cell stack 101 Into the lead film 115. Then, this direct current flows from the lead film 115 to the current collecting rod (not shown) of the cartridge 201 via the current collecting plate (not shown), and is taken out of the cartridge 201. The plurality of current collecting rods are connected in series and / or in parallel to each other. Of the current collecting rods, the most downstream current collecting rod is connected to, for example, an inverter not shown. The direct current taken out of the cartridge 201 flows through, for example, an inverter through a plurality of current collector rods connected in series and / or in parallel, where it is converted into an alternating current and supplied to an electric power load.

セルスタック１０１の内周側を流れる燃料ガスＦ１とセルスタック１０１の外周側を流れる酸化剤ガスＯ１とは、このセルスタック１０１を介して熱交換する。この結果、燃料ガスＦ１は、酸化剤ガスＯ１により加熱され、酸化剤ガスＯ１は、逆に燃料ガスＦ１により冷却される。本実施形態では、これら燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる。このため、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１との熱交換率が高まり、燃料ガスＦ１による酸化剤ガスＯ１の冷却効率、及び酸化剤ガスＯ１による燃料ガスＦ１の加熱効率が高まる。よって、本実施形態において、酸化剤ガスＯ１は、第一カートリッジヘッダ２２０ａを形成する管板２２５ａ等が座屈変形等しない温度に冷却されてから、この第一カートリッジヘッダ２２０ａの酸化剤ガス排出室２１８に流れ込む。また、本実施形態において、燃料ガスＦ１は、発電室２１５内のセルスタック１０１内で、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温される。 The fuel gas F 1 flowing on the inner peripheral side of the cell stack 101 and the oxidant gas O 1 flowing on the outer peripheral side of the cell stack 101 exchange heat through the cell stack 101. As a result, the fuel gas F1 is heated by the oxidant gas O1, and the oxidant gas O1 is cooled by the fuel gas F1. In the present embodiment, the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 flow oppositely on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the cell stack 101. For this reason, the heat exchange rate between the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 is increased, and the cooling efficiency of the oxidant gas O1 by the fuel gas F1 and the heating efficiency of the fuel gas F1 by the oxidant gas O1 are increased. Therefore, in this embodiment, the oxidant gas O1 is cooled to a temperature at which the tube plate 225a and the like forming the first cartridge header 220a are not buckled and deformed, and then the oxidant gas discharge chamber of the first cartridge header 220a. 218 flows into. In the present embodiment, the fuel gas F1 is preheated to a temperature suitable for power generation in the cell stack 101 in the power generation chamber 215 without using a heater or the like.

なお、本実施形態では、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる、つまり燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とが逆向きに流れるが、必ずしもこの必要はなく、例えば、燃料ガスＦ１と酸化剤ガスＯ１とがセルスタック１０１の内周側と外周側で同じ向きに流れてもよいし、酸化剤ガスＯ１が燃料ガスＦ１の流れに対して直交する方向に流れてもよい。 In the present embodiment, the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 flow oppositely on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the cell stack 101, that is, the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 flow in opposite directions. However, this is not always necessary. For example, the fuel gas F1 and the oxidant gas O1 may flow in the same direction on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the cell stack 101, or the oxidant gas O1 may flow into the fuel gas F1. It may flow in a direction perpendicular to the direction.

円柱形状の複数のカートリッジ２０１は、図２に示すように、いずれも、カートリッジ中心軸Ａｃが圧力容器１０の容器中心軸Ａｖと平行になるよう、圧力容器１０内に配置されている。つまり、本実施形態では、カートリッジ中心軸Ａｃは、容器中心軸Ａｖと同様、上下方向に延びている。 As shown in FIG. 2, the plurality of cylindrical cartridges 201 are all arranged in the pressure vessel 10 such that the cartridge central axis Ac is parallel to the vessel central axis Av of the pressure vessel 10. That is, in the present embodiment, the cartridge center axis Ac extends in the vertical direction, like the container center axis Av.

なお、カートリッジ２０１の構成は上記したものに限らず、カートリッジを圧力容器の中心軸と直交する方向に延びるように配置してもよい。また、カートリッジは円柱形状に限らず、角柱形状としてもよい。 The configuration of the cartridge 201 is not limited to that described above, and the cartridge may be arranged so as to extend in a direction orthogonal to the central axis of the pressure vessel. Further, the cartridge is not limited to a cylindrical shape, and may be a prismatic shape.

次に、上記の構成からなる発電システム１の動作について説明する。
発電システム１が定常運転されている場合には、ガスタービン３の運転により、空気圧縮機４は外部より空気を吸入して圧縮する。圧縮された空気は燃焼器５に流入する。燃焼器５には、第二燃料供給部３１より燃料ガスが供給されており、この燃料ガスが燃焼されることによって、高温燃焼ガスが生成される。高温燃焼ガスは、燃焼器５からタービン６に導入され、タービン６を回転駆動させる。タービン６は、導入された高温燃焼ガスの
供給を受けて回転駆動力を発生させ、圧縮機４を回転駆動させる。回転駆動力は発電機８にも伝達され、発電が行われる。 Next, operation | movement of the electric power generation system 1 which consists of said structure is demonstrated.
When the power generation system 1 is in steady operation, the air compressor 4 sucks air from the outside and compresses it by the operation of the gas turbine 3. The compressed air flows into the combustor 5. Fuel gas is supplied to the combustor 5 from the second fuel supply unit 31, and high-temperature combustion gas is generated by burning the fuel gas. The high-temperature combustion gas is introduced from the combustor 5 to the turbine 6 to drive the turbine 6 to rotate. The turbine 6 receives the supply of the introduced high-temperature combustion gas, generates a rotational driving force, and rotates the compressor 4. The rotational driving force is also transmitted to the generator 8 to generate power.

タービン６から排出される排ガスは、排ガス燃焼器２２に導入され、排ガス燃焼器２２では、第三燃料供給部３２より供給される燃料ガスが燃焼され、高温燃焼ガスが生成される。高温燃焼ガスは、排気タービン２３のタービン２５に導入され、タービン２５を回転駆動させ、圧縮機２４を回転駆動させる。これにより、圧縮機２４に供給された空気が圧縮される。圧縮された空気は、酸化剤ガス配管３３０を介して燃料電池モジュール２のカートリッジ２０１に供給される。即ち、カートリッジ２０１には、排気タービン２３によって圧縮された空気が酸化剤ガスＯ１として供給される。 The exhaust gas discharged from the turbine 6 is introduced into the exhaust gas combustor 22, and the fuel gas supplied from the third fuel supply unit 32 is combusted in the exhaust gas combustor 22 to generate high-temperature combustion gas. The high-temperature combustion gas is introduced into the turbine 25 of the exhaust turbine 23, and the turbine 25 is rotationally driven, and the compressor 24 is rotationally driven. Thereby, the air supplied to the compressor 24 is compressed. The compressed air is supplied to the cartridge 201 of the fuel cell module 2 via the oxidant gas pipe 330. That is, the air compressed by the exhaust turbine 23 is supplied to the cartridge 201 as the oxidant gas O1.

一方、燃料供給部２０より供給された燃料ガスＦ１は、燃料配管３１０を介して燃料電池モジュール２のカートリッジ２０１に供給される。カートリッジ２０１は、酸化剤ガスＯ１、及び燃料ガスＦ１を用いて発電を行う。発電に使用された排酸化剤ガスＯ２は、カートリッジ２０１から排酸化剤ガス配管３４０を介して排燃料燃焼器２７に導入される。
一方、排燃料ガスＦ２は、排燃料配管３２０を介して排燃料燃焼器２７に導入される。排燃料ガスＦ２の一部は、燃料再循環ブロア１５が駆動していることによって、燃料再循環配管３２５を介して燃料配管３１０に流入する。
排燃料燃焼器２７では、第四燃料供給部３４より供給される燃料ガスとともに排燃料ガスＦ２が燃焼され、高温燃焼ガスが生成される。高温燃焼ガスは、排燃料燃焼器２７から排熱回収ボイラ２９に導入され熱回収が行われる。 On the other hand, the fuel gas F 1 supplied from the fuel supply unit 20 is supplied to the cartridge 201 of the fuel cell module 2 through the fuel pipe 310. The cartridge 201 generates power using the oxidant gas O1 and the fuel gas F1. The exhaust oxidant gas O2 used for power generation is introduced from the cartridge 201 into the exhaust fuel combustor 27 via the exhaust oxidant gas pipe 340.
On the other hand, the exhaust fuel gas F 2 is introduced into the exhaust fuel combustor 27 through the exhaust fuel pipe 320. A part of the exhaust fuel gas F2 flows into the fuel pipe 310 via the fuel recirculation pipe 325 when the fuel recirculation blower 15 is driven.
In the exhaust fuel combustor 27, the exhaust fuel gas F 2 is combusted together with the fuel gas supplied from the fourth fuel supply unit 34 to generate high-temperature combustion gas. The high-temperature combustion gas is introduced into the exhaust heat recovery boiler 29 from the exhaust fuel combustor 27 and heat recovery is performed.

上記実施形態によれば、燃料電池モジュール２のカートリッジ２０１に供給される酸化剤ガスＯ１が、排気タービン２３を介して供給されるため、発電システム１の運転中にガスタービン３側の内圧変動が、燃料電池モジュール２側に影響しない。これにより、ガスタービン３側は、燃料電池モジュール２とは関係なく、コンバインド発電システムにおいても早い負荷追従性を確保することができる。 According to the above embodiment, since the oxidant gas O1 supplied to the cartridge 201 of the fuel cell module 2 is supplied via the exhaust turbine 23, the internal pressure fluctuation on the gas turbine 3 side is changed during the operation of the power generation system 1. The fuel cell module 2 side is not affected. Thereby, the gas turbine 3 side can ensure fast load followability in the combined power generation system regardless of the fuel cell module 2.

また、ガスタービン３側の運転圧力によらず、燃料電池モジュール２側の運転圧力を設定することにより、燃料電池モジュール２の運転圧力を低く抑えることで、機器の耐圧を下げることができる。
なお、燃料電池モジュール２の運転圧力としては、数ｋＰａから数１００ｋＰａの範囲であれば問題ない。運転圧力を下げることによって、配管の薄肉化、圧力容器不要、制御機器の低級化、排気タービンの動力低減が可能である。 Further, by setting the operating pressure on the fuel cell module 2 side regardless of the operating pressure on the gas turbine 3 side, the operating pressure on the fuel cell module 2 can be kept low, so that the pressure resistance of the device can be lowered.
The operating pressure of the fuel cell module 2 is not a problem as long as it is in the range of several kPa to several hundred kPa. By reducing the operating pressure, it is possible to reduce the thickness of the pipe, eliminate the need for a pressure vessel, lower the control equipment, and reduce the power of the exhaust turbine.

さらに、ガスタービン３側の運転圧力によらず、燃料電池モジュール２の運転圧力を下げることにより、断熱設計の高度化を抑制することができる。また、燃料電池モジュール２の運転圧力の低下に伴い圧力容器１０に内封されるガス量も低下されるため、燃料電池モジュールの負荷変化速度の向上を図ることができる。 Further, by reducing the operating pressure of the fuel cell module 2 regardless of the operating pressure on the gas turbine 3 side, the sophistication of the heat insulation design can be suppressed. In addition, since the amount of gas enclosed in the pressure vessel 10 is reduced as the operating pressure of the fuel cell module 2 decreases, the load change rate of the fuel cell module can be improved.

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る発電システムを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。 (Second embodiment)
Hereinafter, a power generation system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.

図６に示すように、本実施形態の発電システム１Ｂは、第一実施形態の発電システム１に加えて、タービン６の排ガス配管９に排ガス燃焼器２２と排気タービン２３のタービン２５とをバイパスするバイパス配管５０（バイパスライン）と、バイパス配管５０を流れる排ガスの流量を調整する排ガス流量調整弁５１（排ガス流量調整手段）とを設けたシステムである。即ち、バイパス配管５０は、排ガス配管９と排燃料配管３２０とを接続する配管である。 As shown in FIG. 6, in addition to the power generation system 1 of the first embodiment, the power generation system 1B of the present embodiment bypasses the exhaust gas combustor 22 and the turbine 25 of the exhaust turbine 23 in the exhaust gas piping 9 of the turbine 6. This is a system provided with a bypass pipe 50 (bypass line) and an exhaust gas flow rate adjustment valve 51 (exhaust gas flow rate adjusting means) for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing through the bypass pipe 50. That is, the bypass pipe 50 is a pipe that connects the exhaust gas pipe 9 and the exhaust fuel pipe 320.

上記実施形態によれば、ガスタービン３の運転状態によらず、排気タービン２３へ供給される排ガスの量を一定にすることで、排気タービン２３の運転状態を一定とすることができる。例えば、ガスタービン３から排出される排ガスが多量であった場合、バイパス配管５０を介して排ガスを排酸化剤ガス配管３４０に導入させることができ、ガスタービン３の運転状態が燃料電池へ及ぼす影響を小さくすることができる。 According to the above embodiment, the operation state of the exhaust turbine 23 can be made constant by making the amount of exhaust gas supplied to the exhaust turbine 23 constant, regardless of the operation state of the gas turbine 3. For example, when a large amount of exhaust gas is discharged from the gas turbine 3, the exhaust gas can be introduced into the exhaust oxidant gas pipe 340 via the bypass pipe 50, and the influence of the operating state of the gas turbine 3 on the fuel cell Can be reduced.

なお、バイパス配管５０を流れる排ガスの流量を調整する手段としては、バイパス配管５０を開閉するダンパを採用することもできる。 In addition, as a means for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass pipe 50, a damper that opens and closes the bypass pipe 50 may be employed.

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態に係るコンバインド発電システムを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。 (Third embodiment)
Hereinafter, a combined power generation system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.

図７に示すように、本実施形態の発電システム１Ｃは、第二実施形態の発電システム１Ｂに加えて、排燃料配管３２０と、排ガス燃焼器２２とを接続する分岐排燃料配管５２（分岐排燃料ライン）と、分岐排燃料配管５２を流れる排燃料ガスの流量を調整する排燃料流量調整弁５３（排燃料流量調整手段）とを設けたシステムである。 As shown in FIG. 7, in addition to the power generation system 1B of the second embodiment, the power generation system 1C of this embodiment includes a branch exhaust fuel pipe 52 (branch exhaust fuel pipe 52) that connects the exhaust fuel pipe 320 and the exhaust gas combustor 22. A fuel line) and an exhaust fuel flow rate adjusting valve 53 (exhaust fuel flow rate adjusting means) for adjusting the flow rate of the exhaust fuel gas flowing through the branch exhaust fuel pipe 52.

上記実施形態によれば、排気タービン２３に供給される高温燃焼ガスを生成する排ガス燃焼器２２に燃料電池モジュール２の排燃料ガスＦ２が使用できるため、発電システムの効率をさらに向上させることができる。 According to the above embodiment, since the exhaust fuel gas F2 of the fuel cell module 2 can be used for the exhaust gas combustor 22 that generates the high-temperature combustion gas supplied to the exhaust turbine 23, the efficiency of the power generation system can be further improved. .

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、燃焼器５、排ガス燃焼器２２、及び排燃料燃焼器２７にそれぞれ独立した燃料供給部を設ける構成としたが、上記各々の燃焼器と燃料供給部２０とを配管を介して接続し、燃料ガスを燃料供給部２０から供給する構成としてもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the combustor 5, the exhaust gas combustor 22, and the exhaust fuel combustor 27 are provided with independent fuel supply units, but each of the combustors and the fuel supply unit 20 are piped. The fuel gas may be supplied from the fuel supply unit 20 through the connection.

１発電システム
２燃料電池モジュール（燃料電池）
３ガスタービン
４空気圧縮機
５燃焼器
６タービン
８発電機（負荷）
９排ガス配管（排ガスライン）
２２排ガス燃焼器
２３排気タービン
２７排燃料燃焼器
３５発電機
５０バイパス配管（バイパスライン）
５１排ガス流量調整弁（排ガス流量調整手段）
５２分岐排燃料配管（分岐排燃料ライン）
５３排燃料流量調整弁（排燃料流量調整手段）
３１０燃料配管（燃料ライン）
３２０排燃料配管（排燃料ライン）
３３０酸化剤ガス配管（酸化剤ガスライン）
３４０排酸化剤ガス配管（排酸化剤ガスライン）
Ｆ１燃料ガス
Ｆ２排燃料ガス
Ｏ１酸化剤ガス
Ｏ２排酸化剤ガス 1 Power generation system 2 Fuel cell module (fuel cell)
3 Gas Turbine 4 Air Compressor 5 Combustor 6 Turbine 8 Generator (Load)
9 Exhaust gas piping (exhaust gas line)
22 Exhaust gas combustor 23 Exhaust turbine 27 Exhaust fuel combustor 35 Generator 50 Bypass piping (bypass line)
51 Exhaust gas flow rate adjustment valve (Exhaust gas flow rate adjustment means)
52 Branch exhaust fuel piping (branch exhaust fuel line)
53 Exhaust fuel flow rate adjusting valve (Exhaust fuel flow rate adjusting means)
310 Fuel piping (fuel line)
320 Exhaust fuel piping (exhaust fuel line)
330 Oxidant gas piping (oxidant gas line)
340 Exhaust Oxidant Gas Pipe (Exhaust Oxidant Gas Line)
F1 fuel gas F2 exhaust fuel gas O1 oxidant gas O2 exhaust oxidant gas

Claims

燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料電池と、
負荷に接続されているガスタービンと、
前記ガスタービンに設けられ前記ガスタービンによって駆動される第一シャフトと、
前記ガスタービンからの排ガスで駆動して、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する排気タービンと、
前記排気タービンと接続され前記排気タービンによって前記第一シャフトに対して独立して駆動される第二シャフトと、
前記排気タービンから排出される前記酸化剤ガスを前記燃料電池に直接的に供給する酸化剤ガスラインと、
前記ガスタービンのタービンから排出される前記排ガスを放出する排ガスラインと、
前記排ガスラインを介して前記排ガスが供給される排ガス燃焼器と、
前記燃料電池から排出される排燃料ガスが導入される排燃料ラインと、
前記燃料電池から排出される排酸化剤ガスが導入される排酸化剤ガスラインと、
前記排燃料ラインを介して前記排燃料ガスが供給されるとともに、前記排酸化剤ガスラインを介して前記排酸化剤ガスが供給される排燃料燃焼器と、
前記排ガスラインと、前記排酸化剤ガスラインとを接続するバイパスラインと、
前記バイパスラインを流れる排ガスの流量を調整する排ガス流量調整手段と、を備え、
前記排気タービンは、前記排ガス燃焼器で生成される高温燃焼ガスで駆動されることを特徴とする発電システム。 A fuel cell that generates power with fuel gas and oxidant gas;
A gas turbine connected to the load;
A first shaft provided in the gas turbine and driven by the gas turbine;
An exhaust turbine that is driven by exhaust gas from the gas turbine to supply an oxidant gas to the fuel cell;
A second shaft connected to the exhaust turbine and driven independently from the first shaft by the exhaust turbine;
An oxidant gas line for directly supplying the oxidant gas discharged from the exhaust turbine to the fuel cell;
An exhaust gas line for releasing the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine;
An exhaust gas combustor to which the exhaust gas is supplied via the exhaust gas line;
An exhaust fuel line into which exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is introduced;
An exhaust gas line into which an exhaust gas discharged from the fuel cell is introduced;
An exhaust fuel combustor to which the exhaust fuel gas is supplied via the exhaust fuel line and to which the exhaust oxidant gas is supplied via the exhaust oxidant gas line;
A bypass line connecting the exhaust gas line and the exhaust oxidant gas line;
An exhaust gas flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass line,
The power generation system, wherein the exhaust turbine is driven by high-temperature combustion gas generated by the exhaust gas combustor.

燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料電池と、
負荷に接続されているガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスで駆動して、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する排気タービンと、
前記ガスタービンのタービンから排出される前記排ガスを放出する排ガスラインと、
前記排ガスラインを介して前記排ガスが供給される排ガス燃焼器と、
前記燃料電池から排出される排燃料ガスが導入される排燃料ラインと、
前記燃料電池から排出される排酸化剤ガスが導入される排酸化剤ガスラインと、
前記排燃料ラインを介して前記排燃料ガスが供給されるとともに、前記排酸化剤ガスラインを介して前記排酸化剤ガスが供給される排燃料燃焼器と、
前記排ガスラインと、前記排酸化剤ガスラインとを接続するバイパスラインと、
前記バイパスラインを流れる排ガスの流量を調整する排ガス流量調整手段と、を備え、
前記排気タービンは、前記排ガス燃焼器で生成される高温燃焼ガスで駆動されることを特徴とする発電システム。 A fuel cell that generates power with fuel gas and oxidant gas;
A gas turbine connected to the load;
An exhaust turbine that is driven by exhaust gas from the gas turbine to supply an oxidant gas to the fuel cell;
An exhaust gas line for releasing the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine;
An exhaust gas combustor to which the exhaust gas is supplied via the exhaust gas line;
An exhaust fuel line into which exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is introduced;
An exhaust gas line into which an exhaust gas discharged from the fuel cell is introduced;
An exhaust fuel combustor to which the exhaust fuel gas is supplied via the exhaust fuel line and to which the exhaust oxidant gas is supplied via the exhaust oxidant gas line;
A bypass line connecting the exhaust gas line and the exhaust oxidant gas line;
An exhaust gas flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass line,
The power generation system, wherein the exhaust turbine is driven by high-temperature combustion gas generated by the exhaust gas combustor.

前記排燃料ラインと、前記排ガス燃焼器とを接続する分岐排燃料ラインと、
前記分岐排燃料ラインを流れる排燃料ガスの流量を調整する排燃料流量調整手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。 A branched exhaust fuel line connecting the exhaust fuel line and the exhaust gas combustor;
Power generation system according to claim 1 or 2, characterized in that and a discharge fuel flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust fuel gas flowing in the branch exhaust fuel line.

燃料ガスと酸化剤ガスとで発電を行う燃料電池と、A fuel cell that generates power with fuel gas and oxidant gas;
負荷に接続されているガスタービンと、A gas turbine connected to the load;
前記ガスタービンに設けられ前記ガスタービンによって駆動される第一シャフトと、A first shaft provided in the gas turbine and driven by the gas turbine;
前記ガスタービンからの排ガスで駆動して、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する排気タービンと、An exhaust turbine that is driven by exhaust gas from the gas turbine to supply an oxidant gas to the fuel cell;
前記排気タービンと接続され前記排気タービンによって前記第一シャフトに対して独立して駆動される第二シャフトと、A second shaft connected to the exhaust turbine and driven independently from the first shaft by the exhaust turbine;
前記排気タービンから排出される前記酸化剤ガスを前記燃料電池に直接的に供給する酸化剤ガスラインと、An oxidant gas line for directly supplying the oxidant gas discharged from the exhaust turbine to the fuel cell;
前記ガスタービンのタービンから排出される前記排ガスを放出する排ガスラインと、An exhaust gas line for releasing the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine;
前記排ガスラインを介して前記排ガスが供給される排ガス燃焼器と、An exhaust gas combustor to which the exhaust gas is supplied via the exhaust gas line;
前記燃料電池から排出される排燃料ガスが導入される排燃料ラインと、An exhaust fuel line into which exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is introduced;
前記燃料電池から排出される排酸化剤ガスが導入される排酸化剤ガスラインと、An exhaust gas line into which an exhaust gas discharged from the fuel cell is introduced;
前記排燃料ラインを介して前記排燃料ガスが供給されるとともに、前記排酸化剤ガスラインを介して前記排酸化剤ガスが供給される排燃料燃焼器と、An exhaust fuel combustor to which the exhaust fuel gas is supplied via the exhaust fuel line and to which the exhaust oxidant gas is supplied via the exhaust oxidant gas line;
前記排燃料ラインと、前記排ガス燃焼器とを接続する分岐排燃料ラインと、A branched exhaust fuel line connecting the exhaust fuel line and the exhaust gas combustor;
前記分岐排燃料ラインを流れる排燃料ガスの流量を調整する排燃料流量調整手段と、を備え、An exhaust fuel flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust fuel gas flowing through the branch exhaust fuel line,
前記排気タービンは、前記排ガス燃焼器で生成される高温燃焼ガスで駆動されることを特徴とする発電システム。The power generation system, wherein the exhaust turbine is driven by high-temperature combustion gas generated by the exhaust gas combustor.

前記排気タービンに接続された発電機を備え、
前記発電機を前記排気タービンの駆動用のモータとして使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。 A generator connected to the exhaust turbine;
The power generation system according to claim 1 or 2 , wherein the generator is used as a motor for driving the exhaust turbine.