种形式的燃料电池。
[0045]图1是示出本发明的实施例1所涉及的发电系统中的压缩空气的供应管线的概要图，图2是示出实施例1的发电系统中对SOFC加压时的压缩空气的供应时间的时间图，图3是示出实施例1的发电系统的概略结构图。
[0046]实施例1中，如图3所示，发电系统10具有燃气轮机11、发电机12、S0FC13、蒸汽轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为:通过组合利用燃气轮机11的发电、利用S0FC13的发电、以及利用蒸汽轮机14的发电，可获得较高的发电效率。
[0047]燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22、涡轮机23，压缩机21和涡轮机23可通过旋转轴24 —体旋转地进行连接。压缩机21将从空气吸入管线25吸入的空气A进行压缩。燃烧器22将通过第I压缩空气供应管线26供应自压缩机21的压缩空气Al以及供应自第I燃气供应管线27的燃气LI混合后，进行燃烧。涡轮机23借助从燃烧器22通过废气供应管线28供应的废气(燃烧气体)G进行旋转。另外，虽未图示，但涡轮机23通过机室供应利用压缩机21压缩的压缩空气Al，并将该压缩空气Al作为冷却空气来冷却叶片等。发电机12与涡轮机23设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机23来发电。另外，此处，作为供应至燃烧器22的燃气LI，使用例如液化天然气(LNG)。
[0048]SOFC13通过供应作为还原剂的高温燃气以及作为氧化剂的高温空气(氧化性气体)，会在规定的运行温度下发生反应，进行发电。该S0FC13构成为:在压力容器内收容空气极、固体电解质和燃料极。通过将利用压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极，将燃气供应至燃料极，进行发电。另外，此处，作为供应至S0FC13的燃气L2，例如可使用液化天然气(LNG)、氢(H2)和一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃类气体、以及利用煤炭等碳质原料的气化设备制成的气体。此外，供应至S0FC13的氧化性气体是含氧量约为15%?30%的气体，作为代表优选为空气，但除了空气以外还可使用燃烧废气和空气的混合气体或氧气和空气的混合气体等(以下，将供应至S0FC13的氧化性气体称为空气)。
[0049]该S0FC13连接着从第I压缩空气供应管线26分叉的第2压缩空气供应管线31，并且将压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极的导入部。该第2压缩空气供应管线31上，沿着空气的流动方向设有可调节要供应的空气量的控制阀32以及可将压缩空气A2进行升压的鼓风机(增压机)33。控制阀32设置在第2压缩空气供应管线31中空气的流动方向的上游侧，鼓风机33设置在控制阀32的下游侧。S0FC13连接着排气管线34，该排气管线34排出用于空气极的排气A3。该排气管线34分叉为将用于空气极的排气A3排出到外部的排出管线35，以及连接至燃烧器22的压缩空气循环管线36。排出管线35设有可调节要排出的空气量的控制阀37，压缩空气循环管线36设有可调节要循环的空气量的控制阀38。
[0050]此外，S0FC13设有将燃气L2供应至燃料极的导入部的第2燃气供应管线41。第2燃气供应管线41设有可调节要供应的燃气量的控制阀42。S0FC13连接着废燃料管线43，该废燃料管线43排出用于燃料极的废燃气L3。该废燃料管线43分叉为排出至外部的排出管线44以及与燃烧器22连接的废燃气供应管线45。排出管线44设有可调节要排出的燃气量的控制阀46，废燃气供应管线45上，沿燃气L3的流动方向设置着可调节要供应的燃气量的控制阀47以及可将燃料升压的鼓风机48。控制阀47设置在废燃气供应管线45中燃气L3的流动方向的上游侧，鼓风机48设置在控制阀47的下游侧。
[0051]此外，S0FC13设有连接废燃料管线43与第2燃气供应管线41的燃气再循环管线49。燃气再循环管线49设有将废燃料管线43的废燃气L3再循环至第2燃气供应管线41的再循环鼓风机50。
[0052]蒸汽轮机14通过由废热回收锅炉(HRSG) 51生成的蒸汽，旋转涡轮机52。该废热回收锅炉51连接着来自燃气轮机11 (涡轮机23)的废气管线53，通过在空气和高温的废气G之间进行热交换，生产蒸汽S。蒸汽轮机14(涡轮机52)在其与废热回收锅炉51之间，设置有蒸汽供应管线54和供水管线55。而且，供水管线55设置有冷凝器56和供水泵57。发电机15与涡轮机52设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机52来发电。另外，利用废热回收锅炉51回收热量后的废气会在去除有害物质后，释放到大气中。
[0053]在此，说明实施例1的发电系统10的动作。启动发电系统10时，依序启动燃气轮机11、蒸汽轮机14以及SOFCl 3 O
[0054]首先，在燃气轮机11中，压缩机21压缩空气A，燃烧器22将压缩空气Al和燃气LI混合后进行燃烧，并且涡轮机23借助废气G进行旋转，因此发电机12开始发电。接着，在蒸汽轮机14中，通过由废热回收锅炉51生成的蒸汽S使涡轮机52旋转，因此发电机15开始发电。
[0055]接着，为了启动SOFC13，对SOFC13进行加压。为了对SOFC13进行加压，首先向SOFC13供应压缩空气A2，在开始升压的同时开始加热。在闭合排出管线35的控制阀37和压缩空气循环管线36的控制阀38，并且停止第2压缩空气供应管线31的鼓风机33的状态下，将控制阀32仅打开规定开度。于是，将利用压缩机21压缩的部分压缩空气A2从第2压缩空气供应管线31供应至S0FC13侧。因此，S0FC13侧的压力会由于供应压缩空气A2而上升。
[0056]另一方面，SOFC13中，向燃料极侧供应燃气L2，开始升压。在闭合排出管线44的控制阀46和废燃气供应管线45的控制阀47，并且停止鼓风机48的状态下，打开第2燃气供应管线41的控制阀42，同时驱动燃气再循环管线49的再循环鼓风机50。于是，燃气L2从第2燃气供应管线41供应至S0FC13侧，同时废燃气L3通过燃气再循环管线49进行再循环。因此，SOFC13侧的压力会由于供应燃气L2而上升。
[0057]而且，SOFC13的空气极侧的压力变为压缩机21的出口压力后，将控制阀32完全打开，同时驱动鼓风机33。与此同时，打开控制阀37，从排出管线35排出来自S0FC13的排气A3。于是，压缩空气A2通过鼓风机33升压后，供应至S0FC13侧。与此同时，打开控制阀46，从排出管线44排出来自S0FC13的废燃气L3。然后，S0FC13中空气极侧的压力和燃料极侧的压力达到目标压力后，S0FC13的加压结束。
[0058]然后，在S0FC13的反应(发电)稳定，并且排气A3和废燃气L3的成分稳定后，会闭合控制阀37，另一方面打开控制阀38。于是，来自S0FC13的排气A3从压缩空气循环管线36供应至燃烧器22。此外，闭合控制阀46，另一方面打开控制阀47，驱动鼓风机48。于是，来自S0FC13的废燃气L3从废燃气供应管线45供应至燃烧器22。此时，会减少从第I燃气供应管线27供应至燃烧器22的燃气LI。
[0059]在此，发电机12在燃气轮机11的驱动下进行发电，SOFCl3进行发电，发电机15在蒸汽轮机14的驱动下进行发电，发电系统10实现正常运转。
[0060]然而，一般的发电系统中，在启动S0FC13时，会通过将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的空气的一部分从第2压缩空气供应管线31供应至S0FC13来进行加压。因此，燃气轮机11中，在S0FC13的加压完成的期间，可能会发生供应至燃烧器22的压缩空气或送至涡轮机23的冷却空气不足的情况。
[0061]因此，实施例1的发电系统10中，在燃气轮机11的压缩机21的空气吸入口设置着入口导叶(IGV:1nlet Guide Vane) 21a，因此控制装置(控制部)61会如下控制，即在对SOFC13进行加压时，打开第2压缩空气供应管线31的控制阀(开关阀)32，同时使入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度。
[0062]换言之，通过在对S0FC13进行加压时，增大压缩机21的入口导叶21a的开度，可增加压缩机21生成的压缩空气量，并且确保送至燃烧器22和涡轮机23的压缩空气量，另一方面还可确保送至S0FC13的压缩空气量。因此，能够抑制燃气轮机11的空气不足。
[0063]具体而言，如图1所示，燃气轮机11中，燃烧器22相应发电负荷设定与燃气一同燃烧所需的空气量，涡轮机23设定冷却高温零件所需的空气量。在燃烧器22和涡轮机23中设定必要的基准空气量后，设定相应该基准空气量的入口导叶21a的基准开度。另一方面，第2压缩空气供应管线31的控制阀32可调节流量。
[0064]此外，如图1所示，第I检测器62设置在第I压缩空气供应管线26上。该第I检测器62对利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气的第I压力进行检测。此外，第2检测器63设置在SOFC13上。该第2检测器63对SOFC13的空气极即第2压缩空气供应管线31上控制阀32的SOFC13侧的第2压力进行检测。各检测器62、63将检测到的第I压力和第2压力输出至控制装置61。
[0065]在开始对SOFC13进行加压时，控制装置61进行如下控制，即将控制阀32打开至小于全开状态的初始开度(例如半开)。在该控制的同时，控制装置61会将入口导叶21a的开度控制为大于燃气轮机正常运转时的基准开度的规定开度，使由第I检测器62检测出的第I压力成为相应燃气轮机11的基准空气量的基准压力。因此，压缩机21中会在燃烧器22和涡轮机23内生产多于所需基准空气量的压缩空气。
[0066]而且，随着由第2检测器63检测出的第2压力接近由第I检测器62检测出的第I压力，控制装置62会进行如下控制，即，使入口导叶21a的开度逐渐从大于基准开度的规定开度恢复到基准开度。然后，当由第2检测器63检测出的第2压力达到由第I检测器62检测出的第I压力时，控制装置61会进行如下控制，即，使控制阀32的开度从初始开度(例如半开)增大至规定开度(例如全开)。
[0067]换言之，通过随着对SOFC13的加压的进行，并且第2压力接近第I压力，逐渐减小入口导叶21a的开度，可使压缩机21中生成的压缩空气量逐渐降低至基准空气量。而且，通过当第2压力达到第I压力并且SOFC13的加压完成后，在将控制阀32完全打开的同时，使入口导叶21a的开度从大于基准开度的规定开度恢复至基准开度，可将压缩机21中生成的压缩空气量恢复至基准空气量。
[0068]在此，说明上述实施例1的发电系统10中的SOFC13的启动方法。
[0069]实施例1的发电系统10中的SOFC13的启动方法具有:将利用燃气轮机11的压缩机21压缩的压缩空气供应至燃烧器22的工序；将利用压缩机21压缩的压缩空气的一部分供应至SOFC13的空气极的工序；使设置在压缩机21的空气吸入口的入口导叶21a的开度大于预先设定的基准开度的工序；以及，当空气极侧的压力达到利用压缩机21压缩的压缩空气的压力后，使入口导叶21a的开度恢复至基准开度的工序。
[0070]换言之，如图2所示，燃气轮机11于时间tl时启动，经过规定时间后，于时间t2时开始对SOFC13进行加压。入口导叶21a于时间tl时，与燃气轮机11的启动同步地打开至相应燃气轮机11的运转状态的基准开度(开度I)