(57)【要約】【課題】  発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備とする。【解決手段】  燃料を増湿する増湿手段３と、増湿手段３で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段５と、改質手段５で得られたアノードガス及び酸素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池１とを備え、増湿手段３で増湿した燃料を改質手段５で改質して水素リッチのアノードガスを得るようにし、燃料を増湿するための最小限のエネルギーで、即ち、発生させるために多くのエネルギーを要する蒸気を用いずに、水素リッチのアノードガスを得て発電効率を高める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を増湿する増湿手段と、
増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段と、
改質手段で得られたアノードガス及び酸素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と
を備えたことを特徴とする燃料電池設備。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池設備において、
増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、
燃料電池の排気ガスの熱を回収する熱回収手段を備え、
増湿手段の加温水の熱源を熱回収手段とした
ことを特徴とする燃料電池設備。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池設備において、
熱回収手段は、燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器である
ことを特徴とする燃料電池設備。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料電池設備において、
燃料電池は溶融炭酸塩形燃料電池である
ことを特徴とする燃料電池設備。
【請求項５】
燃料を増湿する増湿手段と、
増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段と、
改質手段で得られたアノードガス及び酸素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、
燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、
ガスタービンの排気の熱回収を行う排熱熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項６】
請求項５に記載の複合発電設備において、
増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、
増湿手段の加温水の熱源は、熱回収ボイラで熱回されて大気放出される排気である
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の複合発電設備において、
排熱回収ボイラで発生した蒸気を動力源とする蒸気タービンと、
蒸気タービンの排気蒸気を凝縮する復水手段と、
復水手段で凝縮された復水を排熱回収ボイラに供給する給水系と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれかに記載の複合発電設備において、
燃料電池は溶融炭酸塩形燃料電池である
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項９】
燃料を増湿する増湿手段と、
増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段と、
改質手段で得られたアノードガス及び酸素と二酸化炭素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池と、
溶融炭酸塩形燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、
ガスタービンの排気の二酸化炭素をカソードガスに混合する循環系統とからなり、
循環系統には、排気から二酸化炭素を得る分離手段が備えられている
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１０】
請求項９に記載の複合発電設備において、
増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、
増湿手段の加温水の熱源は、燃焼器である
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１１】
請求項９に記載の複合発電設備において、
ガスタービンの排気の熱回収を行う排熱回収手段を備え、
増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、
増湿手段の加温水の熱源は、排熱回収手段で熱回収される排気である
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１２】
燃料を増湿する増湿手段と、
増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチの変成燃料を得る改質手段と
を備えたことを特徴とする燃料変成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置とガスタービンを組み合わせた複合発電設備に関する。
【０００３】
また、本発明は、燃料を蒸気で改質して変成燃料を得る燃料変成装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）は、例えば、ニッケル多孔質体の燃料極（アノード）と、例えば、酸化ニッケル多孔質体の空気極（カソード）との間に、電解質（炭酸塩）が挟まれて構成されている。そして、天然ガス等の燃料から得られた水素（Ｈ２）をアノードに供給すると共に、空気（Ｏ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）をカソードに供給することで、Ｈ２とＯ２の電気化学反応により発電が行われる。ＭＣＦＣは高温で作動するため高効率で、ＣＯ２を回収分離できるため環境への影響が少ない等の特徴を有している。このため、近年は、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目されてきている。
【０００５】
また、ＭＣＦＣは高温で作動するため、排気をガスタービンの燃焼器に供給するように構成して、ＭＣＦＣとガスタービンとを組み合わせた複合発電設備も従来から提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。ＭＣＦＣとガスタービンとを組み合わせた複合発電設備とすることにより、ＭＣＦＣとガスタービンとで発電を行うことができる。
【０００６】
ＭＣＦＣをはじめとして水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置では、燃料としての水素を得るために、天然ガス等の燃料ガスを改質手段に送り、改質手段に燃料ガスの２倍から３倍程度の蒸気を投入し、燃料ガスを改質して水素ガスを得ている。蒸気を得るためには水を蒸気に換える熱源が必要であるが、水が気体に変化する領域の温度に対して常に高い温度の熱が必要であり、蒸気を得るためのエネルギーを多大に必要としている。
【０００７】
このため、燃料電池は、高効率で発電が行え、環境に対しても影響が少ない発電システムとして注目されてきているが、反面、発電に対して損失が少なからず存在しているのが現状であり、更なる高効率化の可能性を有しているのが実情である。
【０００８】
このように、燃料ガスを改質して変成燃料とする場合、例えば、バイオマスを燃焼した燃料ガスから水素を製造する場合等、大量の蒸気を必要としているのが実情である。
【特許文献１】特開平１１−１３５１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせた複合発電設備を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、蒸気の消費を抑制して変成燃料を得ることができる燃料変成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、燃料を増湿する増湿手段と、増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段と、改質手段で得られたアノードガス及び酸素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池とを備えたことを特徴とする燃料電池設備にある。
【００１３】
第１の態様では、増湿手段で増湿した燃料を改質手段で改質して水素リッチのアノードガスを得るようにしたので、燃料を増湿するための最小限のエネルギーで、即ち、発生させるために多くのエネルギーを要する蒸気を用いずに、水素リッチのアノードガスを得ることができ、発電効率を高めることができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の燃料電池設備において、増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、燃料電池の排気ガスの熱を回収する熱回収手段を備え、増湿手段の加温水の熱源を熱回収手段としたことを特徴とする燃料電池設備にある。
【００１５】
第２の態様では、燃料電池の排気ガスの熱を加温水の加温源として燃料の加湿を行うことができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の燃料電池設備において、熱回収手段は、燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器であることを特徴とする燃料電池設備にある。
【００１７】
第３の態様では、燃料電池の排気ガスを燃焼した熱を加温水の加温源として燃料の加湿を行うことができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜３のいずれかに記載の燃料電池設備において、燃料電池は溶融炭酸塩形燃料電池であることを特徴とする燃料電池設備にある。
【００１９】
第４の態様では、溶融炭酸塩形燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明の第５の態様は、燃料を増湿する増湿手段と、増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段と、改質手段で得られたアノードガス及び酸素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、ガスタービンの排気の熱回収を行う排熱熱回収ボイラとを備えたことを特徴とする複合発電設備にある。
【００２１】
第５の態様では、増湿手段で増湿した燃料を改質手段で改質して水素リッチのアノードガスを得て燃料電池で発電を行うと共に、燃料電池の排気ガスを燃焼してガスタービンで膨張させることで発電を行うことができ、燃料を増湿するための最小限のエネルギーで、即ち、発生させるために多くのエネルギーを要する蒸気を用いずに、水素リッチのアノードガスを得ることができ、発電効率を高めることができる複合発電設備となる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の複合発電設備において、増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、増湿手段の加温水の熱源は、熱回収ボイラで熱回されて大気放出される排気であることを特徴とする複合発電設備にある。
【００２３】
第６の態様では、大気放出される排気を加温水の加温源として燃料を増湿させることができる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第５または第６の態様に記載の複合発電設備において、排熱回収ボイラで発生した蒸気を動力源とする蒸気タービンと、蒸気タービンの排気蒸気を凝縮する復水手段と、復水手段で凝縮された復水を排熱回収ボイラに供給する給水系とを備えたことを特徴とする複合発電設備にある。
【００２５】
第７の態様では、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気タービンの駆動源とした設備に適用することができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第５〜７の態様のいずれかに記載の複合発電設備において、燃料電池は溶融炭酸塩形燃料電池であることを特徴とする複合発電設備にある。
【００２７】
第８の態様では、溶融炭酸塩形燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００２８】
上記目的を達成するための本発明の第９の態様は、燃料を増湿する増湿手段と、増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチのアノードガスを得る改質手段と、改質手段で得られたアノードガス及び酸素と二酸化炭素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池と、溶融炭酸塩形燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、ガスタービンの排気の二酸化炭素をカソードガスに混合する循環系統とからなり、循環系統には、排気から二酸化炭素を得る分離手段が備えられていることを特徴とする複合発電設備にある。
【００２９】
第９の態様では、増湿手段で増湿した燃料を改質手段で改質して水素リッチのアノードガスを得るようにしたので、燃料を増湿するための最小限のエネルギーで、即ち、発生させるために多くのエネルギーを要する蒸気を用いずに、水素リッチのアノードガスを得ることができ、発電に伴って発生した二酸化炭素の全量を回収してカソードガスの酸化剤として二酸化炭素を得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備とすることができる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載の複合発電設備において、増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、増湿手段の加温水の熱源は、燃焼器であることを特徴とする複合発電設備にある。
【００３１】
第１０の態様では、溶融炭酸塩形燃料電池の排気ガスを燃焼した熱を加温水の加温源として燃料の加湿を行うことができる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第９の態様に記載の複合発電設備において、ガスタービンの排気の熱回収を行う排熱回収手段を備え、増湿手段は、加温水に燃料を接触させることで燃料を加湿するものであり、増湿手段の加温水の熱源は、排熱回収手段で熱回収される排気であることを特徴とする複合発電設備にある。
【００３３】
第１１の態様では、ガスタービンの排気を加温水の加温源として燃料を増湿させることができる。
【００３４】
上記目的を達成するための本発明の第１２の態様は、燃料を増湿する増湿手段と、増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチの変成燃料を得る改質手段とを備えたことを特徴とする燃料変成装置にある。
【００３５】
第１２の態様では、増湿手段により燃料を増湿（加温）することにより、多くのエネルギーを要する蒸気の量を抑制して変成燃料を得ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の燃料電池設備は、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備とすることができる。
【００３７】
また、本発明の複合発電設備は、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせた複合発電設備とすることができる。
【００３８】
また、本発明の燃料変成装置は、蒸気の消費を抑制して変成燃料を得ることができる燃料変成装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
第１実施形態例を説明する。
図１には本発明の一実施形態例に係る燃料電池設備の概略系統を示してある。
図に示すように、水素と酸素の電気化学反応により電力を得る燃料電池１、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）や酸化物固体電解質型（ＳＯＦＣ）には天然ガス等の燃料ｆから得られた水素（Ｈ２）がアノード極側に供給されると共に、空気（Ｏ２）がカソード極側に供給され、Ｈ２とＯ２の電気化学反応により発電が行われる。燃料電池１の排気ガスは熱回収手段としての燃焼器２で未燃分が完全燃焼されて熱回収される。
【００４０】
天然ガス等の燃料ｆを増湿する増湿手段３が備えられ、増湿手段３には、例えば、８０℃程度の加温水４が貯留されている。燃料ｆは増湿手段３の加温水４の内部に導入され、加温水４を流通して加温水４に接触することで、例えば、水分が７５％含まれる状態に増湿される。増湿手段３で増湿された燃料ｆを改質する改質手段５が備えられ、増湿手段３で増湿された燃料ｆが改質手段５に送られて水素リッチのアノードガスとされる。
【００４１】
増湿手段３の加温水４の熱源として、燃焼器２の燃焼エネルギーが用いられる。増湿手段３の加温水４は、例えば、８０℃程度であるので、大型の燃焼器２を備えることなく加温水４のための燃焼エネルギーが得られる。また、他の用途（例えば、ガスタービンの膨張ガスを得るため）で燃焼器２が用いられている場合、加温水４を得るための熱エネルギーは僅かであるので、他の用途に影響を及ぼすことがない。
【００４２】
上述した燃料電池設備では、増湿手段３で増湿された燃料ｆが改質されてアノードガスとされるので、改質のための高温の蒸気が不要であり、高温の蒸気を生成するための機器（蒸気発生設備）やエネルギーを必要としない。
【００４３】
このため、例えば、他の用途のために燃焼器２が備えられていれば、既存の設備に対して増湿手段３を付加することにより、燃料ｆを絞っても十分な出力を得ることができる。また、加温水４のために専用の熱回収手段（燃焼器１３）を備える場合には、小型の熱回収手段を適用することができ、加温水４を生成するためのエネルギーを得るための機器を小さくすることができる。
【００４４】
従って、増湿手段３で増湿した燃料ｆを改質手段５で改質して水素リッチのアノードガスを得るようにしたので、燃料を増湿するための最小限のエネルギーで、即ち、発生させるために多くのエネルギーを要する蒸気を用いずに、水素リッチのアノードガスを得ることができ、発電効率を高めることができる。
【００４５】
このため、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備となる。
【００４６】
尚、増湿手段としては、加温水４に燃料ｆを通す構成に限らず、燃料ｆにシャワー状または霧状に水分を供給する構成のものを適用することも可能である。また、燃料電池としては、酸化物固体電解質型（ＳＯＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、高分子固体電解質型（ＰＥＦＣ）のものを適用することも可能である。
【００４７】
第２実施形態例を説明する。
【００４８】
図２には本発明の一実施形態例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。
【００４９】
図に示すように、本実施形態例の複合発電設備１１には、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）１２が備えられ、ＭＣＦＣ１２の出口ガス（排気ガス）が導入されて燃焼が行われる燃焼器１３が設けられている。燃焼器１３からの燃焼ガスを膨張して駆動するガスタービン１４が備えられ、ガスタービン１４には発電機１５が同軸上に設けられている。ガスタービン１４の駆動により発電機１５が作動して発電が行われる。
【００５０】
ガスタービン１４の下流にはガスタービン１４で仕事を終えた排気（排気ガス）の熱回収を行う改質手段としての改質器１６、排熱回収手段としての蒸気発生器１７、カソードガス予熱器１８が備えられ、熱回収された排気ガスはドレン分離冷却器１９で凝縮水（Ｈ２Ｏ）と非凝縮ガス（ＣＯ２）に分離される。
【００５１】
ドレン分離冷却器１９では、系外で回収される量（回収ＣＯ２）と系内に循環される量とが調整されて分離される。即ち、ドレン分離冷却器１９では排気ガスが凝縮水（Ｈ２Ｏ）と非凝縮ガス（ＣＯ２）に分離されると共に、Ｏ２とＣＯ２の混合割合が、例えば、１対２に近似する値になるようにＣＯ２が系外に分離される。
【００５２】
Ｏ２とＣＯ２の割合が１対２に近似する値に調整されたガスとすることで、出力密度を向上させることができ、ＭＣＦＣ２のエネルギー変換効率の向上と出力密度の向上とを同時に図ることができる。
【００５３】
ＭＣＦＣ１２は、例えば、ニッケル多孔質体の燃料極（アノード）２１と、例えば、酸化ニッケル多孔質体の空気極（カソード）２２との間に、電解質（炭酸塩）が挟まれて構成されている。そして、天然ガス等の燃料ｆから得られた水素（Ｈ２）をアノード２１に供給すると共に、空気（Ｏ２）とＣＯ２をカソード２２に供給することで、Ｈ２とＯ２の電気化学反応により発電が行われる。また、ＭＣＦＣ１２のカソード２２側の排気ガスの一部は、必要に応じてブロワ２３によりカソード２２の入口側に循環される。
【００５４】
系内に循環されるＣＯ２は、外部から供給されるＯ２との割合が１対２に近似する値にされた状態で圧縮機２４により圧縮される。圧縮ガスは、カソードガス予熱器１８で予熱されてカソード２２に送られる（循環系統）。ドレン分離冷却器１９で分離された凝縮水（Ｈ２Ｏ）は、蒸気発生器１７に送られて蒸気とされ、必要に応じてエネルギーが回収される。
【００５５】
天然ガス等の燃料ｆを増湿する増湿手段３１が備えられ、増湿手段３１には、例えば、８０℃程度の加温水３２が貯留されている。燃料ｆは増湿手段３１の加温水３２の内部に導入され、加温水３２を流通して加温水３２に接触することで、例えば、水分が７５％含まれる状態に増湿される。増湿手段３１で増湿された燃料ｆが改質器１６に送られて水素リッチのアノードガスとされる。
【００５６】
増湿手段３１の加温水３２の熱源として、蒸気発生器１７の熱源が用いられる。増湿手段３１の加温水３２は、例えば、８０℃程度であるので、蒸気発生器１７の蒸気を発生させるための熱エネルギーの極一部が使用され、蒸気発生器１７としての機能に影響を及ぼすことがない。このため、ガスタービン１４の排気を用いて加温水３２を得ることができる。
【００５７】
尚、加温水３２の熱源として燃焼器１３の燃焼エネルギーを用いることも可能である。この場合も、燃焼器１３を大型化することなく加温水３２のための燃焼エネルギーを得ることができる。
【００５８】
上述した複合発電設備１１では、ＭＣＦＣ１２による発電と、ガスタービン１４による発電により電力を得ることができる。そして、増湿手段３１で増湿された燃料ｆが改質されてアノードガスとされるので、改質のための高温の蒸気が不要であり、高温の改質用蒸気を生成するための機器やエネルギーを必要としない。
【００５９】
また、燃料ｆと当量比のＯ２だけを供給することで発電に伴って発生したＣＯ２の全量を回収してカソードガスの酸化剤としてＣＯ２を高濃度で得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備１１とすることができる。
【００６０】
このため、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備とガスタービン１４とを組み合わせた複合発電設備１１となる。
【００６１】
尚、増湿手段としては、加温水３２に燃料ｆを通す構成に限らず、燃料ｆにシャワー状または霧状に水分を供給する構成のものを適用することも可能である。
【００６２】
第３実施形態例を説明する。
図３には本発明の他の実施形態例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。
図に示すように、本実施形態例の複合発電設備４１には、圧縮機４２で圧縮された圧縮空気及び改質手段４３で改質された水素リッチのアノードガスが送られる燃料電池４４が備えられ、燃料電池４４ではＨ２とＯ２の電気化学反応により発電が行われる。燃料電池４４の排気ガスは必要に応じて燃焼されてガスタービン４５に導入され、燃焼ガスはガスタービン４５で膨張されて動力が回収され、発電機４６により発電が行われる。
【００６３】
ガスタービン４５で仕事を終えた排気ガスは排熱回収ボイラ４７に送られ、熱回収されて煙突から大気に放出される。排熱回収ボイラ４７で発生した蒸気は蒸気タービン４８に送られて動力が回収され、発電機４９により発電が行われる。蒸気タービン４８の排気蒸気は復水器５１で凝縮され、復水器５１で凝縮された復水は給水ポンプ５２により排熱回収ボイラ４７の低圧側のドラムに送られる（給水系）。
【００６４】
排熱回収ボイラ４７の出口部位には天然ガス等の燃料ｆを増湿する増湿手段５５が備えられ、増湿手段５５には加温水５６が貯留されている。加温水５６は排熱回収ボイラ４７で熱回収されて大気放出される排気により、例えば、８０℃程度の加温水５６とされる。燃料ｆは増湿手段５５の加温水５６の内部に導入され、加温水５６を流通して加温水５６に接触することで、例えば、水分が７５％含まれる状態に増湿される。増湿手段５５で増湿された燃料ｆは改質手段５７に送られ、増湿された燃料ｆが改質手段５７で改質されて水素リッチのアノードガスとされ、燃料電池４４に送られる。
【００６５】
上述した複合発電設備４１では、燃料電池４４、ガスタービン４５及び蒸気タービン４８による発電により電力を得ることができる。そして、増湿手段５５で増湿された燃料ｆが改質されてアノードガスとされるので、改質のための高温の蒸気が不要であり、排熱回収ボイラ４７で熱回収されて大気に放出される排気の熱を用い、高温の蒸気を生成するための機器やエネルギーを必要としない。このため、既存の設備を改造することなく増湿のエネルギーを得て発電を行うことができる。
【００６６】
従って、燃料を増湿するための最小限のエネルギーで、即ち、発生させるために多くのエネルギーを要する蒸気を用いずに、水素リッチのアノードガスを得ることができ、発電効率を高めた複合発電設備４１とすることができる。
【００６７】
このため、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化を図ることができる燃料電池設備とガスタービン４５とを組み合わせた複合発電設備４１となる。
【００６８】
尚、増湿手段としては、加温水５６に燃料ｆを通す構成に限らず、燃料ｆにシャワー状または霧状に水分を供給する構成のものを適用することも可能である。また、増湿のための熱エネルギーを得るために、燃料電池４４の排気ガスの熱を利用したり、燃料電池４４の排気側に小型の燃焼器を設けることも可能である。また、燃料電池としては、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、酸化物固体電解質型（ＳＯＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、高分子固体電解質型（ＰＥＦＣ）のものを適用することが可能である。
【００６９】
本発明の燃料変成装置は、例えば、石炭やバイオマスをガス化したガス化燃料を増湿する増湿手段を備え、増湿手段で増湿された燃料を改質して水素リッチの変成燃料を得る改質手段を備えたものである。そして、変成燃料は、例えば、水素製造設備で製造される水素とされたり、ガスタービンの燃焼器に投入される水素リッチの燃料とされる。ガス化燃料を増湿手段で加湿することで、改質手段で使用する蒸気の量を大幅に削減することができる。このため、例えば、蒸気タービンの駆動源とする蒸気の一部を改質用に使用する設備では、蒸気タービンの出力を低下させずに所望の水素リッチの変成燃料を得ることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置及び水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置とガスタービンを組み合わせた複合発電設備の産業分野で利用することができる。
【００７１】
また、本発明は、燃料を蒸気で改質して変成燃料を得る燃料変成装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態例に係る燃料電池設備の概略系統図である。
【図２】本発明の一実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図である。
【図３】本発明の他の実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図である。
【符号の説明】
【００７３】
１、４４  燃料電池
２、１３  燃焼器
３、３１、５５  増湿手段
４、３２、５６  加温水
５、５７  改質手段
１１、４１  複合発電設備
１２  溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）
１４、４５  ガスタービン
１５、４６、４９  発電機
１６  改質器
１７  蒸気発生器
１８  カソードガス予熱器
１９  ドレン分離冷却器
２１  燃料極（アノード）
２２  空気極（カソード）
２４、４２  圧縮機
４７  排熱回収ボイラ
４８  蒸気タービン
５１  復水器
５２  給水ポンプ
【図１】
2010067576.tif 000003
【図２】
2010067576.tif 000004
【図３】
2010067576.tif 000005