(57)【要約】【課題】  燃料電池での燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を低くし、燃料電池から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧の制御性を高めた複合発電システムを提供する。【解決手段】  燃料ガス供給部８と燃料ガス圧力調整部１５と酸化剤ガス供給部９と燃料電池モジュール３と燃料ガス再循環部１２とを含む複合発電システムを用いる。燃料ガス供給部８は第１燃料ガスを供給し、燃料ガス圧力調整部１５はそれを減圧し第２圧力の第２燃料ガスとする。酸化剤ガス供給部９は空気を供給する。燃料電池モジュール３は第２燃料ガスと空気とで発電する。燃料ガス再循環部１２は排燃料ガスを第３圧力の第３燃料ガスとする。一部の第３燃料ガスは第１燃料ガスと共に燃料ガス圧力調整部１５へ、他の第３燃料ガスと排空気とは燃焼器１８へ供給される。燃料電池モジュール３での第２燃料ガスと空気との差圧、及び、燃焼器１８での第３燃料ガスと排空気との差圧は所定の範囲内である。【選択図】      図３
2006100223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧力の第１燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記第１燃料ガスを減圧して第２圧力の第２燃料ガスを供給する燃料ガス圧力調整部と、
第１酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記第２燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから送出された排燃料ガスを昇圧して第３圧力の第３燃料ガスを供給する燃料ガス再循環部と
を具備し、
前記第３燃料ガスの一部は、再循環して前記第１燃料ガスとともに前記燃料ガス圧力調整部へ供給され、
前記第３燃料ガスの残りと前記燃料電池モジュール本体から送出された排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービンの燃焼器へ供給され、
前記燃料電池モジュール内における前記第２燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとの差圧は、予め設定された第１範囲内の値であり、
前記燃焼器近傍における前記第３燃料ガスと前記排酸化剤ガスとの差圧は、予め設定された第２範囲内の値である
複合発電システム。
【請求項２】
第１圧力の第１燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
第１酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記第１燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから送出された排燃料ガスを昇圧して第２圧力の第２燃料ガスを供給する燃料ガス再循環部と、
前記第２燃料ガスの一部を減圧して前記第１圧力の第３燃料ガスを供給する燃料ガス圧力調整部と
を具備し、
前記第３燃料ガスは、前記第１燃料ガスとともに前記燃料電池モジュールへ供給され、
前記第２燃料ガスの残りと前記燃料電池モジュールから送出された排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービンの燃焼器へ供給され、
前記燃料電池モジュール内における前記第１燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとの差圧は、予め設定された第１範囲内の値であり、
前記燃焼器近傍における前記第２燃料ガスと前記排酸化剤ガスとの差圧は、予め設定された第２範囲内の値である
複合発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複合発電システムにおいて、
前記排酸化剤ガスを減圧して前記燃焼器へ供給する酸化剤ガス圧力調整部を更に具備する
複合発電システム。
【請求項４】
第１圧力の第１燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
第１酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記第１燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから送出された排燃料ガスを昇圧して第２圧力の第２燃料ガスを供給する燃料ガス再循環部と、
前記燃料電池モジュールから送出された排酸化剤ガスを減圧して、第３圧力の第２酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス圧力調整部と
を具備し、
前記第２燃料ガスの一部は、前記第１燃料ガスに混合されて前記燃料電池モジュールへ供給され、
前記第２燃料ガスの残りと前記第２排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービンの燃焼器へ供給され、
前記燃料電池モジュール内における前記第１燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとの差圧は、予め設定された第１範囲内の値であり、
前記燃焼器近傍における前記第２燃料ガスと前記第２酸化剤ガスとの差圧は、予め設定された第２範囲内の値である
複合発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の複合発電システムにおいて、
前記第２燃料ガスの一部を混合された前記第１燃料ガスを減圧して第４圧力の第３燃料ガスを供給する燃料ガス圧力調整部を更に具備し、
前記燃料電池モジュールは、前記第２燃料ガスの一部を混合された前記第１燃料ガスの替わりとしての前記第３燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う
複合発電システム。
【請求項６】
請求項４に記載の複合発電システムにおいて、
前記第２燃料ガスの一部を減圧して前記第１圧力の第３燃料ガスを供給する燃料ガス圧力調整部を更に具備し、
前記燃料電池モジュールは、前記第３燃料ガスを混合された前記第１燃料ガスと前記第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う
複合発電システム。
【請求項７】
複合発電システムの運転方法であって、
ここで、前記複合発電システムは、
第１圧力の燃料ガスを供給する燃料供給部と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部と、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールが送出した前記燃料ガスを昇圧して、第２圧力の排燃料ガスを供給する燃料再循環部と
を具備し、
前記排燃料ガスの一部は、前記燃料供給部へ再循環され、
前記燃料電池モジュールが送出した前記酸化剤ガスとしての排酸化剤ガスと前記排燃料ガスの残りとは、発電機用のガスタービンの燃焼器へ供給され、
（ａ）前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの前記燃料電池モジュール近傍における第１差圧が、予め設定された第１範囲内の値となるように、前記燃料供給部及び前記酸化剤供給部の少なくとも一方を制御するステップと
（ｂ）前記排燃料ガスの残りと前記排酸化剤ガスとの前記燃焼器近傍における第２差圧が、予め設定された第２範囲内の値となるように、前記燃料再循環部及び前記酸化剤供給部の少なくとも一方を制御するステップと、
を具備する
複合発電システムの運転方法。
【請求項８】
請求項７に記載の複合発電システムの運転方法において、
ここで、前記燃料供給部は、
原燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記原燃料ガスを圧力調整して前記燃料ガスとして供給する燃料ガス圧力調整部と
を備え、
前記排燃料ガスの一部は、再循環して前記原燃料ガスとともに前記燃料ガス圧力調整部へ供給され、
前記（ａ）ステップは、
（ａ１）前記排燃料ガスの一部と前記原燃料ガスとの第３差圧が、予め設定された第３範囲内の値となるように、前記燃料ガス供給部及び前記燃料再循環部の少なくとも一方を制御するステップを備える
複合発電システムの運転方法。
【請求項９】
請求項８に記載の複合発電システムの運転方法において、
前記（ａ）ステップは、
（ａ２）前記第１差圧が前記第１範囲内の値となるように、前記燃料ガス圧力調整部を制御するステップを備える
複合発電システムの運転方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の複合発電システムの運転方法において、
ここで、前記燃料供給部は、
前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記排燃料ガスの一部を圧力調整して前記燃料ガスへ混合する燃料ガス圧力調整部と
を備え、
前記（ａ）ステップは、
（ａ３）前記排燃料ガスの一部と前記燃料ガスとの第３差圧が、予め設定された第３範囲内の値となるように、前記燃料ガス圧力調整部、前記燃料ガス供給部及び燃料再循環部の少なくとも一つを制御するステップを備える
複合発電システムの運転方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の複合発電システムの運転方法において、
前記（ａ）ステップは、
（ａ４）前記第１差圧が前記第１範囲内の値となるように、前記燃料ガス圧力調整部及び前記燃料ガス供給部の少なくとも一方を制御するステップを備える
複合発電システムの運転方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の複合発電システムにおいて、
前記（ｂ）ステップは、
（ｂ１）前記第２差圧が前記第２範囲内の値となるように、前記燃料再循環部及び前記酸化剤供給部に加えて、前記排酸化剤ガスを圧力調整して前記燃焼器へ供給する酸化剤ガス圧力調整部を制御するステップを備える
複合発電システム。
【請求項１３】
複合発電システムの運転方法であって、
ここで、前記複合発電システムは、
第１圧力の燃料ガスを供給する燃料供給部と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールが送出した前記燃料ガスを昇圧して第２圧力の排燃料ガスを供給する燃料再循環部と、
前記燃料電池モジュールが送出した前記酸化剤ガスを圧力調整して、第３圧力の排酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス圧力調整部と
を具備し、
前記排燃料ガスの一部は、前記燃料供給部へ再循環され、
前記排燃料ガスの残りと前記排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービンの燃焼器へ供給され、
（ｃ）前記燃料電池モジュールにおける前記排燃料ガスの一部を混合された前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの第１差圧が、予め設定された第１範囲内の値であるように、前記燃料供給部、前記燃料再循環部及び前記酸化剤ガス供給部の少なくとも一つを制御するステップと、
（ｄ）前記燃焼器近傍における前記排燃料ガスの残りと前記排酸化剤ガスとの第２差圧が、予め設定された第２範囲内の値となるように、前記酸化剤ガス圧力調整部及び前記燃料再循環部の少なくとも一方を制御するステップと
を具備する
複合発電システムの運転方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の複合発電システムの運転方法において、
ここで、前記燃料供給部は、
原燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記原燃料ガスを圧力調整して前記燃料ガスとして供給する燃料ガス圧力調整部と
を備え、
前記排燃料ガスの一部は、再循環して前記原燃料ガスとともに前記燃料ガス圧力調整部へ供給され、
前記（ｃ）ステップは、
（ｃ１）前記排燃料ガスの一部と前記原燃料ガスとの第３差圧が、予め設定された第３範囲内の値となるように、前記燃料ガス供給部及び前記燃料再循環部の少なくとも一方を制御するステップを備える
複合発電システムの運転方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の複合発電システムの運転方法において、
ここで、前記燃料供給部は、
前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記排燃料ガスの一部を圧力調整して前記燃料ガスへ混合する燃料ガス圧力調整部と
を備え、
前記（ｃ）ステップは、
（ｃ２）前記排燃料ガスの一部と前記燃料ガスとの第３差圧が、予め設定された第３範囲内の値となるように、前記燃料ガス圧力調整部、前記燃料ガス供給部及び燃料再循環部の少なくとも一つを制御するステップを備える
複合発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合発電システム及び複合発電システムの運転方法に関し、特に、燃料電池及びガスタービンを有する複合発電システム及び複合発電システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とガスタービンによる発電機とを組み合わせた複合発電システムが知られている。このような複合発電システムでは、燃料電池で使用した排燃料ガスと排酸化剤ガスとをガスタービンの燃焼器で燃焼させる。それにより、ガスタービンを回転させて発電機で発電する。
【０００３】
図１は、従来の複合発電システムの実施の形態を示す構成図である。複合発電システム１１０は、固体酸化物型燃料電池モジュール１０３（以下、ＳＯＦＣモジュール１０３）、インバータ１０７、燃料圧縮機１１１、再循環ブロワ１１２、圧力調整弁１１３、燃焼器１１８、空気圧縮機１２１、ガスタービン１２２（発電機を含む）、排熱回収ボイラ１２３、蒸気タービン１２４（発電機を含む）、復水器１２５、給水ポンプ１２６、冷却塔１２７及び冷却ポンプを備える。ＳＯＦＣモジュール１０３は、固体酸化物型燃料電池１０４（以下、ＳＯＦＣ１０４）、空気予熱器１０５、燃料予熱器１０６を含む。それらは図示しない制御部により制御されている。
【０００４】
各構成は、図に示すように、それぞれ燃料ガス配管１３１〜１３２、排燃料ガス配管１３３〜１３５、酸化剤ガス配管１４１〜１４２、排酸化剤ガス配管１４３、燃焼ガス配管１５１〜１５２、ボイラ配管１６１〜１６４及び冷却水配管１７１〜１７２で接続されている。
【０００５】
図２は、従来の複合発電システムにおける各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。横軸のＡ１〜Ａ７の各々は、図１における燃料ガスに関わる配管での各位置を示す。Ｂ１〜Ｂ４の各々は、酸化剤ガスに関わる配管での各位置を示す。縦軸は、相対的な圧力の大きさを示す。
【０００６】
燃料ガス１は、配管１３１を介して燃料圧縮機１１１で昇圧され、位置Ａ１において圧力Ｐ１となる。その後、燃料ガス１は、配管１３２を介してＳＯＦＣモジュール１０３へ達する。その途中において、配管１３２による圧損で減圧され、位置Ａ２において圧力Ｐ２に、位置Ａ３において圧力Ｐ３になる。ＳＯＦＣモジュール１０３において、燃料ガス１は、燃料予熱器１０６で熱交換により予熱され、ＳＯＦＣ１０４で発電に寄与する。その後、燃料予熱器１０６で熱交換して降温され、ＳＯＦＣモジュール１０３から送出される。その際、位置Ａ４において圧力Ｐ４となる。燃料ガス１は、配管１３３を介して再循環ブロワ１１２へ達する。その途中において、配管１３３による圧損で減圧され、位置Ａ５において圧力Ｐ５になる。再循環ブロワ１１２で昇圧され、位置Ａ６において圧力Ｐ６となる。その後、配管１３４を介して燃焼器１１８へ達する。その途中において、配管１３４（及び圧力調整弁１１３）による圧損で減圧され、位置Ａ７において圧力Ｐ７となる。一方、再循環ブロワ１１２で昇圧された燃料ガス１の一部は、配管１３５で再循環されて、位置Ｐ２へもどる。
【０００７】
一方、酸化剤ガスとしての空気２は、配管１４１を介して空気圧縮機１２１で昇圧され、位置Ｂ１において圧力Ｐ１１となる。その後、空気２は、配管１４２を介してＳＯＦＣモジュール１０３へ達する。その途中において、配管１４２による圧損で減圧され、位置Ｂ２において圧力Ｐ１２になる。ＳＯＦＣモジュール１０３において、空気２は、空気予熱器１０５で熱交換により予熱され、ＳＯＦＣ１０４で発電に寄与する。その後、燃料予熱器１０５で熱交換して降温され、ＳＯＦＣモジュール１０３から送出される。その際、位置Ｂ３において圧力Ｐ１３となる。空気２は、配管１４３を介して燃焼器１１８へ達する。その途中において、配管１４３による圧損で減圧され、位置Ｂ４において圧力Ｐ１４となる。
【０００８】
このとき、ＳＯＦＣ１０４における差圧ΔＰ１０１は、ＳＯＦＣ１０４のセルやシールなどが破損しないように、所定の圧力範囲（例示：０〜０.１ＭＰａ）とする。そのことから、空気圧縮機１２１の圧力や燃料圧縮機１１１の圧力が設定されている。一方、再循環ブロワ１１２の圧力は、配管１３５を介して再循環する燃料ガス１と、配管１３２を介して燃料圧縮機１１１から供給される燃料ガス１とが概ね等しい圧力となるように設定されている。そのため、燃焼器１１８直前の燃料ガス１の圧力Ｐ７と酸化剤ガス２の圧力Ｐ１４との差圧ΔＰ１０２は、配管での圧損を無視すれば、上記の空気圧縮機１２１、燃料圧縮機１１１及び再循環ブロワ１１２の運転条件から必然的に決定されることになる。
【０００９】
上記のような理由から、差圧ΔＰ１０２の値を更に大きくしたい場合でも、差圧ΔＰ１０２の変更幅の自由度は高くない。燃焼器１１８へ供給される酸化剤ガス及び燃料ガスの差圧の自由度を高める技術が望まれる。燃焼器１１８へ供給される酸化剤ガス及び燃料ガスの差圧をより高くすることが可能な技術が求められる。
【００１０】
関連する技術として、特開平１０−１７７８６３号公報に、加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法および制御装置の技術が開示されている。この加圧型固体電解質燃料電池モジュールの制御方法は、燃料排ガスライン（５）に差圧制御弁（８）を有するとともに、酸化剤排気ライン（１３）に圧力制御弁（１５）を有する加圧型燃料電池モジュール（１）を具備した高温作動型燃料電池発電システムに関する。（Ａ）燃料電池モジュール（１）の常温から作動温度までの昇温・降温と同時に、燃料電池モジュール（１）の圧力を常圧から運転圧力まで昇圧・減圧させるために、燃料電池モジュール（１）に投入する燃料流量（Ｑ１）と希釈ガス流量（Ｑ２）を制御する。（Ｂ）酸化剤（空気）の流量（ＱＳ）を制御し、（Ｃ）燃料電池モジュール（１）のあらゆる運転モードに亘って、差圧制御弁（８）と、圧力制御弁（１５）の開度が一定となるようにすることにより、燃料電池モジュール（１）の差圧制御および圧力制御を容易にすることを特徴とする。
【００１１】
関連する技術として、特開平１０−９２４５１号公報に、燃料電池発電装置の技術が開示されている。この燃料電池発電装置は、燃料電池の排ガスと燃料改質器の燃焼排ガスにより駆動する排ガスタービンと、前記排ガスタービンへ排ガスを導入するための排ガス配管系とを有し、前記排ガス配管系内のガス圧を所定の値に維持するための圧力制御弁を前記排ガスタービンの上流に設けてなる燃料電池発電装置に関する。圧力制御弁と排ガスタービンの間に直列に設けられた可変型ノズルと、当該可変型ノズルの開度を燃料電池の運転負荷に応じて制御するノズル開度制御部とを有することを特徴とする。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１７７８６３号公報
【特許文献２】特開平１０−９２４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、燃料電池モジュールでの燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を低く抑えながら、燃料電池モジュールから排出された燃料ガスと酸化剤ガスとについて、その差圧の変動幅の制御性を高めることが可能な複合発電システム及び複合発電システムの運転方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、燃料電池モジュールでの燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を低く抑えながら、燃料電池モジュールから排出された燃料ガスと酸化剤ガスとについて、その差圧をガスタービンの燃焼器に最適な範囲に制御することが可能な複合発電システム及び複合発電システムの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１６】
従って、上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムは、燃料ガス供給部（８）と、燃料ガス圧力調整部（１５）と、酸化剤ガス供給部（９）と、燃料電池モジュール（３）と、燃料ガス再循環部（１２）とを具備する。燃料ガス供給部（８）は、第１圧力の第１燃料ガスを供給する。燃料ガス圧力調整部（１５）は、その第１燃料ガスを減圧して第２圧力の第２燃料ガスを供給する。酸化剤ガス供給部（９）は、第１酸化剤ガスを供給する。燃料電池モジュール（３）は、その第２燃料ガスとその第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う。燃料ガス再循環部（１２）は、燃料電池モジュール（３）から送出された排燃料ガスを昇圧して第３圧力の第３燃料ガスを供給する。その第３燃料ガスの一部は、再循環してその第１燃料ガスとともにその燃料ガス圧力調整部（１５）へ供給される。その第３燃料ガスの残りと燃料電池モジュール（３）から送出された排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービン（２２）の燃焼器（１８）へ供給される。燃料電池モジュール（３）内におけるその第２燃料ガスとその第１酸化剤ガスとの差圧（ΔＰ１）は、予め設定された第１範囲内の値である。燃焼器（１８）近傍におけるその第３燃料ガスとその排酸化剤ガスとの差圧（ΔＰ２）は、予め設定された第２範囲内の値である。
本発明では、燃料ガス再循環部（１２）を燃料電池モジュール（３）の直後に設けているので、燃焼器（１８）の燃料ガスの昇圧用と、再循環の燃料ガスの昇圧用とで兼用することができる。加えて、燃料ガス圧力調整部（１５）を設けているので、差圧（ΔＰ１）と差圧（ΔＰ２）とを概ね独立に制御することができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムは、燃料ガス供給部（８）と、酸化剤ガス供給部（９）と、燃料電池モジュール（３）と、燃料ガス再循環部（１２）と、燃料ガス圧力調整部（１４）とを具備する。燃料ガス供給部（８）は、第１圧力の第１燃料ガスを供給する。酸化剤ガス供給部（９）は、第１酸化剤ガスを供給する。燃料電池モジュール（３）は、その第１燃料ガスとその第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う。燃料ガス再循環部（１２）は、燃料電池モジュール（３）から送出された排燃料ガスを昇圧して第２圧力の第２燃料ガスを供給する。燃料ガス圧力調整部（１４）は、その第２燃料ガスの一部を減圧してその第１圧力の第３燃料ガスを供給する。その第３燃料ガスは、その第１燃料ガスとともに燃料電池モジュール（３）へ供給される。その第２燃料ガスの残りと燃料電池モジュール（３）から送出された排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービン（２２）の燃焼器（１８）へ供給される。燃料電池モジュール（３）内におけるその第１燃料ガスとその第１酸化剤ガスとの差圧（ΔＰ１）は、予め設定された第１範囲内の値である。燃焼器（１８）近傍におけるその第２燃料ガスとその排酸化剤ガスとの差圧（ΔＰ２）は、予め設定された第２範囲内の値である。
本発明では、燃料ガス再循環部（１２）を燃料電池モジュール（３）の直後に設けているので、燃焼器（１８）の燃料ガスの昇圧用と、再循環の燃料ガスの昇圧用とで兼用することができる。加えて、燃料ガス圧力調整部（１４）を設けているので、差圧（ΔＰ１）と差圧（ΔＰ２）とを概ね独立に制御することができる。
【００１８】
上記の複合発電システムにおいて、その排酸化剤ガスを減圧して燃焼器（１８）へ供給する酸化剤ガス圧力調整部（２０）を更に具備することが好ましい。
本発明では、更に、酸化剤ガス圧力調整部（２０）を設けているので、より容易に、差圧（ΔＰ１）と差圧（ΔＰ２）とを概ね独立に制御することができる。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムは、燃料ガス供給部（８）と、酸化剤ガス供給部（９）と、燃料電池モジュール（３）と、燃料ガス再循環部（１２）と、酸化剤ガス圧力調整部（２０）とを具備する。燃料ガス供給部（８）は、第１圧力の第１燃料ガスを供給する。酸化剤ガス供給部（９）は、第１酸化剤ガスを供給する。燃料電池モジュール（３）は、その第１燃料ガスとその第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う。燃料ガス再循環部（１２）は、燃料電池モジュール（３）から送出された排燃料ガスを昇圧して第２圧力の第２燃料ガスを供給する。酸化剤ガス圧力調整部（２０）は、燃料電池モジュール（３）から送出された排酸化剤ガスを減圧して、第３圧力の第２酸化剤ガスを供給する。その第２燃料ガスの一部は、その第１燃料ガスに混合されて燃料電池モジュール（３）へ供給される。その第２燃料ガスの残りとその第２排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービン（２２）の燃焼器（１８）へ供給される。燃料電池モジュール（３）内におけるその第１燃料ガスとその第１酸化剤ガスとの差圧（ΔＰ１）は、予め設定された第１範囲内の値である。燃焼器（１８）近傍におけるその第２燃料ガスとその第２酸化剤ガスとの差圧（ΔＰ２）は、予め設定された第２範囲内の値である。
本発明では、燃料ガス再循環部（１２）を燃料電池モジュール（３）の直後に設けているので、燃焼器（１８）の燃料ガスの昇圧用と、再循環の燃料ガスの昇圧用とで兼用することができる。加えて、酸化剤ガス圧力調整部（２０）を設けているので、差圧（ΔＰ１）と差圧（ΔＰ２）とを概ね独立に制御することができる。
【００２０】
上記の複合発電システムにおいて、その第２燃料ガスの一部を混合されたその第１燃料ガスを減圧して第４圧力の第３燃料ガスを供給する燃料ガス圧力調整部（１５）を更に具備する。燃料電池モジュール（３）は、その第２燃料ガスの一部を混合されたその第１燃料ガスの替わりとしてのその第３燃料ガスとその第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う。
本発明では、更に、燃料ガス圧力調整部（１５）を設けているので、より容易に、差圧（ΔＰ１）と差圧（ΔＰ２）とを概ね独立に制御することができる。
【００２１】
上記の複合発電システムにおいて、その第２燃料ガスの一部を減圧してその第１圧力の第３燃料ガスを供給する燃料ガス圧力調整部（１４）を更に具備する。燃料電池モジュール（３）は、その第３燃料ガスを混合されたその第１燃料ガスとその第１酸化剤ガスとを用いて発電を行う。
本発明では、更に、燃料ガス圧力調整部（１４）を設けているので、より容易に、差圧（ΔＰ１）と差圧（ΔＰ２）とを概ね独立に制御することができる。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムの運転方法は、（ａ）その燃料ガスとその酸化剤ガスとの燃料電池モジュール（３）近傍における第１差圧（ΔＰ１）が、予め設定された第１範囲内の値となるように、燃料供給部（８、１４、１５）及び前記酸化剤供給部（９）の少なくとも一方を制御するステップと、（ｂ）その排燃料ガスの残りとその排酸化剤ガスとの燃焼器（１８）近傍における第２差圧（ΔＰ２）が、予め設定された第２範囲内の値となるように、その燃料再循環部（１２）及び酸化剤供給部（９）の少なくとも一方を制御するステップとを具備する。ここで、その複合発電システムは、燃料供給部（８、１４、１５）と、酸化剤供給部（９）と、燃料電池モジュール（３）と、燃料再循環部（１２）とを具備する。燃料供給部（８、１４、１５）は、第１圧力の燃料ガスを供給する。酸化剤供給部（９）は、酸化剤ガスを供給する。燃料電池モジュール（３）は、その燃料ガスとその酸化剤ガスとを用いて発電を行う。燃料再循環部（１２）は、燃料電池モジュール（３）が送出したその燃料ガスを昇圧して第２圧力の排燃料ガスを供給する。その排燃料ガスの一部は、燃料供給部（８、１４、１５）へ再循環される。燃料電池モジュール（３）が送出したその酸化剤ガスとしての排酸化剤ガスとその排燃料ガスの残りとは、発電機用のガスタービン（２２）の燃焼器（１８）へ供給される。
【００２３】
上記の複合発電システムの運転方法において、（ａ）ステップは、（ａ１）その排燃料ガスの一部とその原燃料ガスとの第３差圧（ΔＰ３）が、予め設定された第３範囲内の値となるように、燃料ガス供給部（１５）及び燃料再循環部（１２）の少なくとも一方を制御するステップを備える。ここで、燃料供給部（８、１４、１５）は、原燃料ガスを供給する燃料ガス供給部（８）と、その原燃料ガスを圧力調整してその燃料ガスとして供給する燃料ガス圧力調整部（１５）とを備える。その排燃料ガスの一部は、再循環してその原燃料ガスとともにその燃料ガス圧力調整部（１５）へ供給される。
【００２４】
上記の複合発電システムの運転方法において、（ａ）ステップは、（ａ２）第１差圧（ΔＰ１）がその第１範囲内の値となるように、燃料ガス圧力調整部（１５）を制御するステップを備える。
【００２５】
上記の複合発電システムの運転方法において、（ａ）ステップは、（ａ３）その排燃料ガスの一部とその燃料ガスとの第３差圧（ΔＰ３）が、予め設定された第３範囲内の値となるように、燃料ガス圧力調整部（１４）、燃料ガス供給部（８）及び燃料再循環部（１２）の少なくとも一つを制御するステップを備える。ここで、燃料供給部（８、１４、１５）は、その燃料ガスを供給する燃料ガス供給部（８）と、その排燃料ガスの一部を圧力調整してその燃料ガスへ混合する燃料ガス圧力調整部（１４）とを備える。
【００２６】
上記の複合発電システムの運転方法において、（ａ）ステップは、（ａ４）第１差圧（ΔＰ１）がその第１範囲内の値となるように、燃料ガス圧力調整部（１４）及び燃料ガス供給部（８）の少なくとも一方を制御するステップを備える。
【００２７】
上記の複合発電システムにおいて、（ｂ）ステップは、（ｂ１）第２差圧（ΔＰ２）が、その第２範囲内の値となるように、燃料再循環部（１２）及び酸化剤供給部（９）に加えて、その排酸化剤ガスを圧力調整して燃焼器（１８）へ供給する酸化剤ガス圧力調整部（２０）を制御するステップを備える。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の複合発電システムの運転方法は、（ｃ）燃料電池モジュール（３）におけるその排燃料ガスの一部を混合されたその燃料ガスとその酸化剤ガスとの第１差圧（ΔＰ１）が、予め設定された第１範囲内の値であるように、燃料供給部（８、１４、１５）、燃料再循環部（１２）及び酸化剤供給部（９）の少なくとも一つを制御するステップと、（ｄ）燃焼器（１８）近傍におけるその排燃料ガスの残りとその排酸化剤ガスとの第２差圧（ΔＰ２）が、予め設定された第２範囲内の値となるように、酸化剤ガス圧力調整部（２０）及び前記燃料再循環部（１２）の少なくとも一方を制御するステップとを具備する。ここで、その複合発電システムは、燃料供給部（８、１４、１５）と、酸化剤ガス供給部（９）と、燃料電池モジュール（３）と、燃料再循環部（１２）と、酸化剤ガス圧力調整部（２０）とを具備する。燃料供給部（８、１４、１５）は、第１圧力の燃料ガスを供給する。酸化剤ガス供給部（９）は、酸化剤ガスを供給する。燃料電池モジュール（３）は、その燃料ガスとその酸化剤ガスとを用いて発電を行う。燃料再循環部（１２）は、燃料電池モジュール（３）が送出した排燃料ガスを昇圧して第２圧力の排燃料ガスを供給する。酸化剤ガス圧力調整部（２０）は、燃料電池モジュール（３）が送出したその酸化剤ガスを圧力調整して、第３圧力の排酸化剤ガスを供給する。その排燃料ガスの一部は、燃料供給部（８、１４、１５）へ再循環される。その排燃料ガスの残りとその排酸化剤ガスとは、発電機用のガスタービン（２２）の燃焼器（１８）へ供給される。
【００２９】
上記の複合発電システムの運転方法において、（ｃ）ステップは、（ｃ１）その排燃料ガスの一部とその原燃料ガスとの第３差圧（ΔＰ３）が、予め設定された第３範囲内の値となるように、燃料ガス供給部（１５）及び燃料再循環部（１２）の少なくとも一方を制御するステップを備える。ここで、燃料供給部（８、１４、１５）は、原燃料ガスを供給する燃料ガス供給部（８）と、その原燃料ガスを圧力調整してその燃料ガスとして供給する燃料ガス圧力調整部（１５）とを備える。その排燃料ガスの一部は、再循環してその原燃料ガスとともにその燃料ガス圧力調整部（１５）へ供給される。
【００３０】
上記の複合発電システムの運転方法において、（ｃ）ステップは、（ｃ２）その排燃料ガスの一部とその燃料ガスとの第３差圧（ΔＰ３）が、予め設定された第３範囲内の値となるように、燃料ガス圧力調整部（１４）、燃料ガス供給部（８）及び燃料再循環部（１２）の少なくとも一つを制御するステップを備える。ここで、燃料供給部（８、１４、１５）は、その燃料ガスを供給する燃料ガス供給部（８）と、その排燃料ガスの一部を圧力調整してその燃料ガスへ混合する燃料ガス圧力調整部（１４）とを備える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、燃料電池モジュールでの燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を低く抑え、燃料電池モジュールの信頼性を大幅に向上させるとともに、燃料電池モジュールから排出された燃料ガスと酸化剤ガスとについて、その差圧の変動幅の制御性を高め、その差圧をガスタービン燃焼器の着火安定性や完全燃焼等に最適な範囲に制御することが可能となる。そして、これらの効果は、ユニットの負荷変化時等、各部の圧力バランスが変動する際により大きな効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明である複合発電システム及び複合発電システムの運転方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。本実施の形態において、燃料電池として固体電解質形燃料電池を用いた場合について説明するが、他の種類の燃料電池についても適用が可能である。
【００３３】
（第１の実施の形態）
本発明である複合発電システムの第１の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図３は、本発明の複合発電システムの第１の実施の形態を示す構成図である。複合発電システム１０は、固体電解質形燃料電池モジュール３（以下、「ＳＯＦＣモジュール３」と記す）、インバータ７、燃料ガス供給部８、酸化剤ガス供給部９、再循環ブロワ１２、圧力調整弁１３、第１燃料ガス圧力調整器１４、第２燃料ガス圧力調整器１５、燃焼器１８、空気圧縮機２１、酸化剤ガス圧力調整器２０、ガスタービン２２（発電機を含む）、排熱回収システム８０、制御部９０を具備する。制御部９０を除く各構成は、制御部９０により制御されている。
【００３４】
各構成は、図に示すように、それぞれ燃料ガス配管３１〜３２、排燃料ガス配管３３〜３５、酸化剤ガス配管４１〜４２、排酸化剤ガス配管４３、燃焼ガス配管５１〜５２で接続されている。
【００３５】
燃料ガス供給部８は、制御部９０の制御に基づいて、所望の圧力の燃料ガス１をＳＯＦＣモジュール３へ供給する。燃料ガス供給部８は、燃料圧縮機１１を備える。燃料圧縮機１１は、燃料ガス（水素を含むガス）を燃料ガス１の供給源から配管３１を介して供給される。そして、制御部９０の制御に基づいて、燃料ガス１を所望の圧力に昇圧し、配管３２を介してＳＯＦＣモジュール３へ向けて送出する。燃料ガス供給部８は、圧力可変で燃料ガス１を供給できれば、この例に限定されない。
【００３６】
第２燃料ガス圧力調整器１５は、配管３２の途中に設けられている。制御部９０の制御に基づいて、配管３２を介してＳＯＦＣモジュール３へ供給される燃料ガス１の圧力を所望の圧力へ減圧する。第２燃料ガス圧力調整器１５は、圧力設定を変更可能な可動オリフィスに例示される。
【００３７】
第１燃料ガス圧力調整器１４は、配管３５の途中に設けられている。制御部９０の制御に基づいて、再循環ブロワ１２から配管３５を介して配管３２へ合流しＳＯＦＣモジュール３へ供給される燃料ガス１の圧力を所望の圧力へ減圧する。第１燃料ガス圧力調整器１４は、圧力設定を変更可能な可動オリフィスに例示される。
【００３８】
酸化剤ガス供給部９は、制御部９０の制御に基づいて、所望の圧力の酸化剤ガスをＳＯＦＣモジュール３へ供給する。酸化剤ガス供給部９は、空気圧縮機２１を備える。空気圧縮機２１は、酸化剤ガス（酸素を含むガス）としての空気２を酸化剤ガスの供給源から配管４１を介して供給される。そして、制御部９０の制御に基づいて、空気２を所望の圧力に昇圧し、配管４２を介してＳＯＦＣモジュール３へ送出する。空気圧縮機２１は、ガスタービン２２と結合している。酸化剤ガス供給部９は、圧力可変で酸化剤ガスを供給できれば、この例に限定されない。
【００３９】
ＳＯＦＣモジュール３は、配管３２を介して供給される燃料ガス１と、配管４２を介して供給される空気２とを用いて発電を行う。ＳＯＦＣモジュール３で使用済みの燃料ガス１（排燃料ガス：生成した水蒸気を含む）は、配管３３へ送出される。ＳＯＦＣモジュール３で使用済みの空気２（排酸化剤ガス）は、配管４３へ送出される。ＳＯＦＣモジュール３は、固体電解質形燃料電池４（以下「ＳＯＦＣ４」と記す）、空気予熱器５と燃料予熱器６とを備える。
【００４０】
ＳＯＦＣ４は、配管３２を介して供給される燃料ガス１と、配管４２を介して供給される空気２とを用いて発電を行う。ただし、この燃料ガス１は配管３２又は３１の適当な箇所で加えられた水蒸気を含んでいる。運転温度は、例えば９００〜１０００℃である。発電された直流電力はインバータ７により、交流電力に変換されて外部へ取り出される。空気予熱器５は、配管４２を通る低温の空気２と配管４３を通る高温の空気２との間で熱交換を行う。これにより、配管４２の空気２は、配管４３の空気２により予熱されＳＯＦＣ４へ供給される。燃料予熱器６は、配管３２を通る低温の燃料ガス１と配管３３を通る高温の燃料ガス１との間で熱交換を行う。これにより、配管３２の燃料ガス１は、配管３３の燃料ガス１により予熱されＳＯＦＣ４へ供給される。
【００４１】
再循環ブロワ１２は、ＳＯＦＣモジュール３から排出された燃料ガス１（ＳＯＦＣ４で生成された水（蒸気）を含む）を、配管３３を介して供給される。そして、制御部９０の制御に基づいて、燃料ガス１を所望の圧力に昇圧し、配管３４を介して燃焼器１８へ向けて、配管３５−配管３２を介してＳＯＦＣモジュール３へ向けてそれぞれ送出する。
【００４２】
この再循環ブロワ１２は、ＳＯＦＣモジュール３の直後の配管３３に設けられているので、燃焼器１８に用いる燃料ガス（配管３４）の昇圧用として用いることができるとともに、再循環に用いる燃料ガス（配管３４の途中から分岐し配管３２へ合流する配管３５）の昇圧用としても用いることができる。すなわち、一台の圧縮器を燃焼器１８用及び再循環用に兼用することができ、低コスト及び省スペースである。なお、燃料ガスの再循環は、ＳＯＦＣ４における燃料利用率の向上、すなわち効率の向上に有効である。加えて、ＳＯＦＣ４で生成する水を燃料ガス１で水蒸気として再利用する場合にも有利である。燃焼器１８の燃料ガスの昇圧は、燃焼効率を向上するのに有効である。
【００４３】
圧力調整弁１３は、配管３４の途中に設けられている。制御部９０の制御に基づいて、再循環ブロワ１２から配管３４を介して燃焼器１８へ供給される燃料ガス１の圧力を所望の圧力へ減圧する。
【００４４】
酸化剤ガス圧力調整器２０は、配管４３の途中に設けられている。制御部９０の制御に基づいて、ＳＯＦＣモジュール３から配管４３を介して燃焼器１８へ供給される空気２の圧力を所望の圧力へ減圧する。酸化剤ガス圧力調整器２０は、圧力設定を変更可能な可動オリフィスに例示される。
【００４５】
燃焼器１８は、配管４３を介して空気２を供給され、配管３４を介して燃料ガス１を供給される。そして、制御部９０の制御に基づいて、それら空気２と燃料ガス１とを燃焼させ、燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、配管５１を介してガスタービン２２へ送出される。
【００４６】
ガスタービン２２は、配管５１を介して燃焼器１８から供給される燃焼ガスにより、タービンを回転させる。そして、その回転により発電機（Ｇ）を動作させる。その後、燃焼ガスを配管５２を介して排熱回収システム８０へ送出する。同時に、タービンの回転により空気圧縮機２１を駆動する。空気圧縮機２１は、その回転により配管４１を介して供給される空気２を圧縮する。
【００４７】
排熱回収システム８０は、配管５１を介して供給される燃焼ガスの熱を回収して発電に利用する。排熱回収システム８０は、排熱回収ボイラ２３、蒸気タービン２４（発電機を含む）、復水器２５、給水ポンプ２６、冷却塔２７及び冷却ポンプ２８を含む。それらは図示しない制御部により制御されている。各構成は、図に示すように、それぞれボイラ配管６１〜６４及び冷却水配管７１〜７２で接続されている。
【００４８】
排熱回収ボイラ２３は、配管５２の途中に設けられ、配管５２を介してガスタービン２２から供給された燃焼ガスと、配管６４を介して給水ポンプ２６から供給される水とを熱交換させる。水は加熱され水蒸気となる。排熱回収ボイラ２３は、配管６１を介して蒸気タービン２４へ水蒸気を送出する。また、燃焼ガスを配管５２へ送出する。蒸気タービン２４は、タービンと発電機を有する。配管６１を介して供給される水蒸気により、タービンを回転させる。その回転により発電機を動作させる。そして、配管６２を介して復水器２５へ水蒸気を送出する。復水器２５は、配管６２を介して供給される水蒸気と、配管７２を介して冷却水ポンプ２８から供給される冷却水とを熱交換させる。水蒸気は凝縮して水となる。復水器２５は、配管６３を介して給水ポンプ２６へその水を送出する。給水ポンプ２６は、配管６３から供給される水を吸い込み、配管６４へ吐出する。
【００４９】
冷却塔２７は、配管７１を介して復水器２５から送出された加熱された冷却水を冷却する。そして、配管７２を介して冷却水ポンプ２８へ送出する。冷却水ポンプ２８は、配管７２の途中に設けられ、冷却塔２７から供給された冷却された冷却水を復水器２５へ送出する。
【００５０】
制御部９０は、ＳＯＦＣモジュール３、インバータ７、燃料ガス供給部８、酸化剤ガス供給部９、再循環ブロワ１２、圧力調整弁１３、第１燃料ガス圧力調整器１４、第２燃料ガス圧力調整器１５、燃焼器１８、空気圧縮機２１、酸化剤ガス圧力調整器２０、ガスタービン２２及び排熱回収システム８０を制御する。ただし、図中、接続の記載は省略している。
【００５１】
次に、本発明の複合発電システムの第１の実施の形態における各流体の動きに関して図３を参照して説明する。
【００５２】
まず、燃料ガス１の流れについて説明する。
燃料ガス源（例示：ガス発生装置やガスボンベ）から送出された燃料ガス１は、配管３１を介して燃料圧縮機１１へ供給される。そして、燃料圧縮機１１で所望の圧力に昇圧された後、配管３２を介して第２燃料ガス圧力調整器１５へ送出される。その際、その燃料ガス１は、配管３５から再循環された燃料ガス１と混入される。燃料ガス１は、第２燃料ガス圧力調整器１５で所望の圧力へ減圧された後、配管３２を介してＳＯＦＣモジュール３へ送出される。
【００５３】
続いて、燃料ガス１は、燃料予熱器６で配管３３の燃料ガス１により予熱され、ＳＯＦＣ４へ供給される。そして、発電に寄与した後、配管３３を介してＳＯＦＣ４から送出される。その後、燃料予熱器６で配管３２を通る低温の燃料ガス１と熱交換を行い降温され、再循環ブロワ１２へ送出される。
【００５４】
燃料ガス１は、再循環ブロワ１２で所望の圧力に昇圧される。そして、その燃料ガス１の一部は、配管３４−配管３５を介して第１燃料ガス圧力調整器１４へ供給される。一方、その燃料ガス１の残りは、配管３４を介して燃焼器１８へ供給される。途中で圧力調整弁１３で圧力を調整されても良い。第１燃料ガス圧力調整器１４へ供給された燃料ガス１は、第１燃料ガス圧力調整器１４で所望の圧力へ減圧されて、配管３５を介して配管３２の燃料ガス１へ混入される。
【００５５】
次に、空気２の流れについて説明する。
空気源（例示：ガス発生装置やガスボンベ）から送出された空気２は、配管４１を介して空気圧縮機２１へ供給される。そして、空気圧縮機２１で所望の圧力に昇圧される。その後、配管４２を介してＳＯＦＣモジュール３へ送出される。
【００５６】
続いて、空気２は、空気予熱器５で配管４３の空気２により予熱され、ＳＯＦＣ４へ供給される。そして、発電に寄与した後、配管４３を介してＳＯＦＣ４から送出される。その後、空気予熱器５で配管４２を通る低温の空気２と熱交換を行い降温され、酸化剤ガス圧力調整器２０へ送出される。
【００５７】
空気２は、酸化剤ガス圧力調整器２０で所望の圧力へ減圧される。そして、配管４３を介して燃焼器１８へ送出される。
【００５８】
次に、燃焼ガス３について説明する。
配管３４から供給された燃料ガス１と、配管４３から供給された空気２とは、燃焼器１８において混合され燃焼し、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、配管５１を介してガスタービン２２へ供給される。そして、燃焼ガスは、ガスタービン２２のタービンを回転させる。この回転により、発電機が動作する。同時に、その回転により空気圧縮機２１が駆動する。使用済みの燃焼ガスは、配管５２を介して排熱回収ボイラ２３へ供給される。そして、排熱回収ボイラ２３において熱交換を行った後、配管５２を介して外部へ排気される。
【００５９】
次に、排熱回収システム８０での水（水蒸気）について説明する。
配管６４を介して供給された水は、排熱回収ボイラ２３により、配管５２を介して供給された燃焼ガスと熱交換を行う。熱交換により、水は加熱されて水蒸気となり、配管６１を介して蒸気タービン２４へ送出される。水蒸気は、蒸気タービン２４のタービンを回転させる。そして、その回転により発電機を動作させる。その後、水蒸気は、配管６２を介して復水器２５へ送出される。水蒸気は、復水器２５で低温の冷却水と熱交換を行う。熱交換により、水蒸気は凝縮して水となり、配管６３を介して給水ポンプ２６へ送出される。そして、給水ポンプ２６により、排熱回収ボイラ２３へ供給される。
【００６０】
次に、本発明の複合発電システムの運転方法の第１の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、第２燃料ガス圧力調整器１５を用い、第１燃料ガス圧力調整器１４及び酸化剤ガス圧力調整器２０を用いない（圧力調整をしない）場合について説明する。
【００６１】
図４は、第２燃料ガス圧力調整器１５を用いた場合における、複合発電システムの運転方法における各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。縦軸は、相対的な圧力の大きさを示す。横軸におけるＡ１〜Ａ７の各々は、図３における燃料ガスに関わる配管での各位置を示す。Ｂ１〜Ｂ４の各々は、空気に関わる配管での各位置を示す。
【００６２】
Ａ１〜Ａ７は、Ａ１：配管３２における燃料圧縮機１１の出口、Ａ２：配管３２と配管３５との合流点から少し燃料圧縮機１１に近づいた配管３２内の位置、Ａ２’：配管３２と配管３５との合流点から少し第１燃料ガス圧力調整器１４に近づいた配管３５内の位置、Ａ３：配管３２におけるＳＯＦＣ４の入口、Ａ４：配管３３におけるＳＯＦＣ４の出口、Ａ５：配管３３における再循環ブロワ１２の入口、Ａ６：配管３４における再循環ブロワ１２の出口、Ａ７：配管３４における燃焼器１８の入口、をそれぞれ示す。Ｂ１〜Ｂ４は、Ｂ１：配管４２における空気圧縮機２１の出口、Ｂ２：配管４２におけるＳＯＦＣ４の入口、Ｂ３：配管４３におけるＳＯＦＣ４の出口、Ｂ４：配管４３における燃焼器１８の入口、をそれぞれ示す。位置Ａ１、Ａ２、Ａ２’、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７での燃料ガス１での圧力は、それぞれ圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７である。位置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４での空気２での圧力は、それぞれ圧力Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４である。
【００６３】
複合発電システム１０は、制御部９０の制御により、図４の圧力関係を満たすように運転される。例えば、以下のように運転を行う。
（ａ１）まず、燃料ガス１の圧力Ｐ３と空気２の圧力Ｐ１２との差圧ΔＰ１が、予め設定された第３範囲内の値となるように、第２燃料ガス圧力調整器１５の運転条件を制御する。ここで、第３範囲は、ＳＯＦＣ４の部材やシールなどが破損が発生しないように設定されることが好ましい。そのような範囲としては、０ＭＰａ以上、０．１ＭＰａ以下が好ましい。この範囲から外れると、ＳＯＦＣ４の部材やシールなどが破損が発生する可能性がある。
【００６４】
（ｂ１）次に、燃料ガス１の圧力Ｐ２’と燃料ガス１の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ３が、予め設定された第２範囲内の値となるように、燃料圧縮機１１の運転条件を制御する。ここで、第２範囲は、配管３５と配管３２との合流点付近で、各配管内の燃料ガス１が逆流しないように設定されることが好ましい。
【００６５】
（ｃ１）続いて、燃料ガス１の圧力Ｐ７と空気２の圧力Ｐ１４との差圧ΔＰ２が、予め設定された第１範囲内の値となるように、再循環ブロワ１２及び空気圧縮機２１の運転条件を制御部９０が制御する。ここで、第１範囲は、例えば、燃焼器１８の燃焼の効率が高く維持できるように設定されることが好ましい。そのような第１範囲として、０．２ＭＰａ以上、１ＭＰａ以下が好ましい。この範囲から外れると、燃焼の効率が高く維持できなくなる可能性がある。
【００６６】
上記（ａ１）〜（ｃ１）の運転方法を継続的に行うことにより、上記の差圧ΔＰ１及び差圧ΔＰ２を同時に所望の範囲の値に継続的に制御することができる。それにより、ＳＯＦＣ４を破損することなく、燃焼器１８の燃焼効率を向上させることができる。ただし、（ａ１）（ｂ１）（ｃ１）の順番は、制御に矛盾の生じず、図４の圧力関係を満たすように運転できる限り、変更することが可能である。
【００６７】
また、燃料圧縮機１１及び第２燃料ガス圧力調整器１５の運転条件を適切に制御することにより、差圧ΔＰ１に影響することなく、差圧ΔＰ２の変動幅を概ね自在に変動させることができる。それにより、差圧ΔＰ２の変動幅の制御性を高め、最適な範囲（例示：ガスタービン燃焼器の着火安定性や完全燃焼等に最適な範囲）に制御することが可能となる。これらの効果は、複合発電システムにおける負荷変化時のような各部の圧力バランスが変動する際により大きな効果をもたらす。
【００６８】
（第２の実施の形態）
本発明である複合発電システムの第２の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図３は、本発明の複合発電システムの第２の実施の形態を示す構成図である。第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００６９】
本発明の複合発電システムの第２の実施の形態における各流体の動きは、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００７０】
次に、本発明の複合発電システムの運転方法の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、第１燃料ガス圧力調整器１４を用い、第２燃料ガス圧力調整器１５及び酸化剤ガス圧力調整器２０を用いない場合について説明する。
【００７１】
図５は、第１燃料ガス圧力調整器１４を用いた場合における、複合発電システムの運転方法における各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。縦軸、横軸及び各符号の説明は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
複合発電システム１０は、制御部９０の制御により、図５の圧力関係を満たすように運転される。例えば、以下のように運転を行う。
（ａ２）まず、燃料ガス１の圧力Ｐ３と空気２の圧力Ｐ１２との差圧ΔＰ１が、予め設定された第３範囲内の値となるように、燃料圧縮機１１の運転条件を制御する。ここで、第３範囲は、ＳＯＦＣ４の部材やシールなどが破損が発生しないように設定されることが好ましい。そのような範囲としては、０ＭＰａ以上、０．１ＭＰａ以下が好ましい。この範囲から外れると、ＳＯＦＣ４の部材やシールなどが破損が発生する可能性がある。
【００７３】
（ｂ２）続いて、燃料ガス１の圧力Ｐ２’と燃料ガス１の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ３が、予め設定された第２範囲内の値となるように、第１燃料ガス圧力調整器１４の運転条件を制御する。ここで、第２範囲は、配管３５と配管３２との合流点付近で、各配管内の燃料ガス１が逆流しないように設定されることが好ましい。
【００７４】
（ｃ２）次に、燃料ガス１の圧力Ｐ７と空気２の圧力Ｐ１４との差圧ΔＰ２が、予め設定された第１範囲内の値となるように、再循環ブロワ１２及び空気圧縮機２１の運転条件を制御部９０が制御する。ここで、第１範囲は、例えば、燃焼器１８の燃焼の効率が高く維持できるように設定されることが好ましい。そのような第１範囲として、０．２ＭＰａ以上、１ＭＰａ以下が好ましい。この範囲から外れると、燃焼の効率が高く維持できなくなる可能性がある。
【００７５】
上記（ａ２）〜（ｃ２）の運転方法を継続的に行うことにより、上記の差圧ΔＰ１及び差圧ΔＰ２を同時に所望の範囲の値に継続的に制御することができる。それにより、ＳＯＦＣ４を破損することなく、燃焼器１８の燃焼効率を向上させることができる。ただし、（ａ２）（ｂ２）（ｃ２）の順番は、制御に矛盾の生じず、図５の圧力関係を満たすように運転できる限り、変更することが可能である。
【００７６】
また、燃料圧縮機１１及び第１燃料ガス圧力調整器１４の運転条件を適切に制御することにより、差圧ΔＰ１に影響することなく、差圧ΔＰ２の変動幅を概ね自在に変動させることができる。それにより、第１の実施の形態と同様に、差圧ΔＰ２の変動幅の制御性を高め、最適な範囲に制御することが可能となる。
【００７７】
（第３の実施の形態）
本発明である複合発電システムの第３の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図３は、本発明の複合発電システムの第３の実施の形態を示す構成図である。第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００７８】
本発明の複合発電システムの第３の実施の形態における各流体の動きは、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００７９】
次に、本発明の複合発電システムの運転方法の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、酸化剤ガス圧力調整器２０を用い、第１燃料ガス圧力調整器１４及び第２燃料ガス圧力調整器１５を用いない場合について説明する。
【００８０】
図６は、酸化剤ガス圧力調整器２０を用いた場合における、複合発電システムの運転方法における各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。縦軸、横軸及び各符号の説明は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００８１】
複合発電システム１０は、制御部９０の制御により、図６の圧力関係を満たすように運転される。例えば、以下のように運転を行う。
（ａ３）まず、燃料ガス１の圧力Ｐ３と空気２の圧力Ｐ１２との差圧ΔＰ１が、予め設定された第３範囲内の値となるように、燃料圧縮機１１及び空気圧縮機２１の運転条件を制御する。ここで、第３範囲は、ＳＯＦＣ４の部材やシールなどが破損が発生しないように設定されることが好ましい。そのような範囲としては、０ＭＰａ以上、０．１ＭＰａ以下が好ましい。この範囲から外れると、ＳＯＦＣ４の部材やシールなどが破損が発生する可能性がある。
【００８２】
（ｂ３）次に、燃料ガス１の圧力Ｐ２’と燃料ガス１の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ３が、予め設定された第２範囲内の値となるように、再循環ブロワ１２の運転条件を制御する。ここで、第２範囲は、配管３５と配管３２との合流点付近で、各配管内の燃料ガス１が逆流しないように設定されることが好ましい。
【００８３】
（ｃ３）続いて、燃料ガス１の圧力Ｐ７と空気２の圧力Ｐ１４との差圧ΔＰ２が、予め設定された第１範囲内の値となるように、酸化剤ガス圧力調整器２０の運転条件を制御部９０が制御する。ここで、第１範囲は、例えば、燃焼器１８の燃焼の効率が高く維持できるように設定されることが好ましい。そのような第１範囲として、０．２ＭＰａ以上、１ＭＰａ以下が好ましい。この範囲から外れると、燃焼の効率が高く維持できなくなる可能性がある。
【００８４】
上記（ａ３）〜（ｃ３）の運転方法を継続的に行うことにより、上記の差圧ΔＰ１及び差圧ΔＰ２を同時に所望の範囲の値に継続的に制御することができる。それにより、ＳＯＦＣ４を破損することなく、燃焼器１８の燃焼効率を向上させることができる。ただし、（ａ３）（ｂ３）（ｃ３）の順番は、制御に矛盾の生じず、図６の圧力関係を満たすように運転できる限り、変更することが可能である。
【００８５】
また、燃料圧縮機１１及び第１燃料ガス圧力調整器１４の運転条件を適切に制御することにより、差圧ΔＰ１に影響することなく、差圧ΔＰ２の変動幅を概ね自在に変動させることができる。それにより、第１の実施の形態と同様に、差圧ΔＰ２の変動幅の制御性を高め、最適な範囲に制御することが可能となる。
【００８６】
なお、第１燃料ガス圧力調整器１４、第２燃料ガス圧力調整器１５、及び酸化剤ガス圧力調整器２０のうちのいずれか２つを用いて複合発電システムの運転を行うことも可能である。同様に、第１燃料ガス圧力調整器１４、第２燃料ガス圧力調整器１５、及び酸化剤ガス圧力調整器２０の全てを用いて複合発電システムの運転を行うことも可能である。いずれの場合にも、第１〜第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
上記各実施の形態では、第１燃料ガス圧力調整器１４、第２燃料ガス圧力調整器１５及び酸化剤ガス圧力調整器２０は、運転中にも制御されている。しかし、運転条件に基づいて事前に所定の圧力に設定し、通常の運転中ではその設定に固定して用いることも可能である。例えば、第２燃料ガス圧力調整器１５の送出する燃料ガスの圧力の設定値を、ＳＯＦＣ４の運転条件に基づいて最適な値に事前に設定しておく。そして、通常の運転中ではその設定値の圧力の燃料ガスをＳＯＦＣ４へ向けて送出する。このようにすることで、複合発電システムの制御をより簡易的にすることができる。加えて、各圧力調整器の構成を簡略化でき、そのコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、従来の複合発電システムの実施の形態を示す構成図である。
【図２】図２は、従来の複合発電システムにおける各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明の複合発電システムの第１〜第３の実施の形態を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の複合発電システムの運転方法の第１の実施の形態における各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の複合発電システムの運転方法の第２の実施の形態における各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の複合発電システムの運転方法の第３の実施の形態における各配管での位置と相対的な圧力の大きさとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    燃料ガス
２    空気
３    燃料電池モジュール
４    固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ）
５    空気予熱器
６    燃料予熱器
７    インバータ
８    燃料ガス供給部
９    酸化剤ガス供給部
１０    複合発電システム
１１    燃料圧縮機
１２    再循環ブロワ
１３    圧力調整弁
１４    第１燃料ガス圧力調整器
１５    第２燃料ガス圧力調整器
１８    燃焼器
２０    酸化剤ガス圧力調整器
２１    空気圧縮機
２２    ガスタービン
２３    排熱回収ボイラ
２４    蒸気タービン
２５    復水器
２６    給水ポンプ
２７    冷却塔
２８    冷却水ポンプ
３１〜３５、４１〜４３、５１〜５２、６１〜６４、７１〜７２    配管
８０    排熱回収システム
９０    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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