(57)【要約】【課題】酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とする。【解決手段】燃料電池部１１及び排出ガスを燃焼させる後置燃焼器１２からなる燃料電池装置１の排気が膨張されるタービン４と、燃料電池部１１に酸素を供給する酸素供給ライン１４と、燃料電池部１１に燃料を供給する燃料供給ライン１３と、燃料供給ライン１３に改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ライン１５と、流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池装置１側に送る圧縮機３とを備え、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、圧縮流体と、酸素と、蒸気を予混合した燃料との３流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする燃料電池流体供給システム。
【請求項２】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、圧縮流体と、酸素を予混合した圧縮流体と、蒸気を予混合した燃料との３流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする燃料電池流体供給システム。
【請求項３】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、酸素を予混合した圧縮流体と、蒸気を予混合した燃料との２流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする燃料電池流体供給システム。
【請求項４】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、酸素を予混合した水分含有の圧縮流体と、燃料を予混合した水分含有の圧縮流体との２流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする燃料電池流体供給システム。
【請求項５】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、水分含有の圧縮流体と、燃料を予混合した水分含有の圧縮流体と、酸素との３流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする燃料電池流体供給システム。
【請求項６】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、
流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池設備側に送る圧縮機と
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項７】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、
流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池設備側に送ると共に圧縮流体を酸素供給ラインに合流させる圧縮機と
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項８】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、
流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池部を含む燃料電池設備側に送る圧縮機と、
圧縮機から燃料電池設備側への圧縮流体のラインに酸素を合流させる酸素合流ラインと
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項９】
請求項６乃至請求項７のいずれか一項に記載のタービン発電設備において、
圧縮機で圧縮される流体は外部から導入される空気であり、タービンで仕事を終えた排気ガスは熱回収されて放出されることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項７のいずれか一項において、
圧縮機で圧縮される流体はタービンで仕事を終えた排気ガスであることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１１】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
タービンの排気ガスが圧縮される圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体を燃料電池部を含む燃料電池設備側に送る流体供給ラインと、
圧縮機で圧縮された流体中の水分を改質用に使用するために圧縮流体を燃料供給ラインに合流させる流体合流ラインと、
流体供給ラインに酸素を合流させる酸素合流ラインと
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１２】
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、
タービンの排気ガスが圧縮される圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体を燃料電池設備側に送る流体供給ラインと、
圧縮機で圧縮された流体中の水分を改質用に使用するために圧縮流体を燃料供給ラインに合流させる流体合流ラインと
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１３】
請求項１１もしくは請求項１２に記載のタービン発電設備において、
圧縮機で圧縮される流体はタービンで仕事を終えた排気ガスとすることで圧縮機で圧縮された流体を再循環流体としたことを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１４】
請求項６乃至請求項１３のいずれか一項に記載のタービン発電設備において、
電気化学反応させる酸素及び燃料を燃料電池の所定作動温度に加熱する加熱手段を備えたことを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１５】
請求項６乃至請求項１４のいずれか一項に記載のタービン発電設備において、
燃料電池に送られる圧縮機からの圧縮流体を燃料電池の所定作動温度に調整する調整手段を備えたことを特徴とするタービン発電設備。
【請求項１６】
請求項６乃至請求項１５のいずれか一項に記載のタービン発電設備と、
タービン発電設備のタービンの排気ガスの熱回収を行って蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、
蒸気タービンの排気を復水する復水手段と、
復水手段からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に作動用の流体を供給するための燃料電池流体供給システムに関する。
【０００２】
本発明は、燃料電池設備とガスタービンを組み合わせた燃料電池流体供給システムを適用したタービン発電設備に関する。
【０００３】
【従来の技術】
燃料電池設備は高い発電効率で電気エネルギーを発生すると共に電池本体及び排出ガスは多量の熱エネルギーをも保有している。従って、その排熱をガスタービン及び蒸気タービン等のボトミングサイクルにより回収して発電に利用するタービン発電設備が提案されている。一方、環境保全の観点から、発電設備（発電プラント）では水素や炭化水素燃料を純酸素で燃焼させて環境にＣＯ２　を排出しない閉サイクルタービン発電設備が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備を構築する場合、供給される酸素の濃度や燃料が必要とする改質蒸気（水蒸気）の濃度等を最適に設定することで、最適な発電及び燃焼を実現し、発電効率を向上させることにつながる。しかし、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整する技術は実現されていないのが現状であった。
【０００５】
燃料電池用空気を大気吸い込みの圧縮機の吐出空気で供給する場合、酸素濃度は一定（２１％Ｏ２）のため、Ｏ２濃度を微妙に調整制御することができない。また、閉サイクルの場合、再循環流体中のＯ２は０％のため作動させることができない。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができる燃料電池流体供給システムを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができる燃料電池流体供給システムを適用したタービン発電設備を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備を備えた複合発電設備を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池流体供給システムは、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、圧縮流体と、酸素と、蒸気を予混合した燃料との３流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池流体供給システムは、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、圧縮流体と、酸素を予混合した圧縮流体と、蒸気を予混合した燃料との３流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池流体供給システムは、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、酸素を予混合した圧縮流体と、蒸気を予混合した燃料との２流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池流体供給システムは、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、酸素を予混合した水分含有の圧縮流体と、燃料を予混合した水分含有の圧縮流体との２流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池流体供給システムは、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池に、水分含有の圧縮流体と、燃料を予混合した水分含有の圧縮流体と、酸素との３流体を供給して燃料電池を作動させることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明のタービン発電設備は、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、
流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池設備側に送る圧縮機と
からなることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明のタービン発電設備は、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、
流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池設備側に送ると共に圧縮流体を酸素供給ラインに合流させる圧縮機と
からなることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明のタービン発電設備は、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、
流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池部を含む燃料電池設備側に送る圧縮機と、
圧縮機から燃料電池設備側への圧縮流体のラインに酸素を合流させる酸素合流ラインと
からなることを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項６乃至請求項７のいずれか一項に記載のタービン発電設備において、
圧縮機で圧縮される流体は外部から導入される空気であり、タービンで仕事を終えた排気ガスは熱回収されて放出されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６乃至請求項７のいずれか一項において、
圧縮機で圧縮される流体はタービンで仕事を終えた排気ガスであることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明のタービン発電設備は、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
タービンの排気ガスが圧縮される圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体を燃料電池部を含む燃料電池設備側に送る流体供給ラインと、
圧縮機で圧縮された流体中の水分を改質用に使用するために圧縮流体を燃料供給ラインに合流させる流体合流ラインと、
流体供給ラインに酸素を合流させる酸素合流ラインと
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明のタービン発電設備は、
酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、
燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、
燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、
燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、
タービンの排気ガスが圧縮される圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体を燃料電池設備側に送る流体供給ラインと、
圧縮機で圧縮された流体中の水分を改質用に使用するために圧縮流体を燃料供給ラインに合流させる流体合流ラインと
からなることを特徴とするタービン発電設備。
【００２１】
そして、請求項１１もしくは請求項１２に記載のタービン発電設備において、圧縮機で圧縮される流体はタービンで仕事を終えた排気ガスとすることで圧縮機で圧縮された流体を再循環流体としたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６乃至請求項１３のいずれか一項に記載のタービン発電設備において、
電気化学反応させる酸素及び燃料を燃料電池の所定作動温度に加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６乃至請求項１４のいずれか一項に記載のタービン発電設備において、
燃料電池に送られる圧縮機からの圧縮流体を燃料電池の所定作動温度に調整する調整手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
請求項６乃至請求項１５のいずれか一項に記載のタービン発電設備と、
タービン発電設備のタービンの排気ガスの熱回収を行って蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、
蒸気タービンの排気を復水する復水手段と、
復水手段からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段と
を備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５に基づいて燃料電池流体供給システムの実施形態例を説明する。図１乃至図５には本発明の第１実施形態例乃至第５実施形態例に係る燃料電池流体供給システムの概念状況を示してある。
【００２６】
図１に基づいて第１実施形態例を説明する。
【００２７】
第１実施形態例の燃料電池流体供給システム１０１は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池１００に３流体を供給して作動させるものである。即ち、圧縮流体Ｃｏｐ　と、酸素Ｏ２と、蒸気Ｓｔを予混合した燃料ｆとの３流体を供給して燃料電池１００を作動させるものである。燃料電池１００は、反応を行なう燃料電池部だけに限らず、例えば、反応部の他に内部に熱交換機能や燃焼機能を備えた装置も含むものである。
【００２８】
図２に基づいて第２実施形態例を説明する。
【００２９】
第２実施形態例の燃料電池流体供給システム１０２は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池１００に３流体を供給して作動させるものである。即ち、圧縮流体Ｃｏｐ　と、酸素Ｏ２を予混合した圧縮流体Ｃｏｐ　と、蒸気Ｓｔを予混合した燃料ｆとの３流体を供給して燃料電池１００を作動させるものである。
【００３０】
図３に基づいて第３実施形態例を説明する。
【００３１】
第３実施形態例の燃料電池流体供給システム１０３は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池１００に２流体を供給して作動させるものである。即ち、酸素Ｏ２を予混合した圧縮流体Ｃｏｐ　と、蒸気Ｓｔを予混合した燃料ｆとの３流体を供給して燃料電池１００を作動させるものである。
【００３２】
図４に基づいて第４実施形態例を説明する。
【００３３】
第４実施形態例の燃料電池流体供給システム１０４は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池１００に２流体を供給して作動させるものである。即ち、酸素Ｏ２を予混合した水分含有の圧縮流体Ｃｏｐｗと、燃料ｆを予混合した水分含有の圧縮流体Ｃｏｐｗとの２流体を供給して燃料電池１００を作動させるものである。
【００３４】
図５に基づいて第５実施形態例を説明する。
【００３５】
第５実施形態例の燃料電池流体供給システム１０５は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池１００に３流体を供給して作動させるものである。即ち、水分含有の圧縮流体Ｃｏｐｗと、燃料ｆを予混合した水分含有の圧縮流体Ｃｏｐｗと、酸素Ｏ２との３流体を供給して燃料電池１００を作動させるものである。
【００３６】
上述した実施形態例では、閉サイクルの再循環流体に酸素Ｏ２を混合して（第２、３、４実施形態例）、あるいは燃料ｆを混合して（第４、５実施形態例）、酸素Ｏ２の濃度と燃料ｆの濃度を燃料電池１００んぼ条件に整える。また、３通路において純酸素Ｏ２作動を行い（第１、５実施形態例）、燃料電池１００の発電効率を高くする。また、閉サイクルの再循環流体には、水分（Ｈ２Ｏ）が含まれるため（第４、５実施形態例）、燃料改質用の蒸気は再循環流体と燃料ｆの混合で確保する。第１、２、３では、燃料ｆと蒸気Ｓｔの混合で燃料改質用の蒸気を確保している。
【００３７】
【実施例】
上述した実施形態例を具体的に適用した実施例を図面に基づいて説明する。図６乃至図１３には本発明の第１実施例乃至第８実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統をそれぞれ示してある。
【００３８】
図１に基づいて第１実施例のタービン発電設備を備えた複合発電設備を説明する。
【００３９】
図に示すように、本実施例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収されて大気に放出される。排熱回収ボイラ６では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて蒸気タービン７で動力回収される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水手段としての復水器８で復水され、復水は給水手段としての給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００４０】
燃料電池装置１（図１乃至図５における燃料電池１００に相当）は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてＯ２を固体電解質膜を介して反応させて発電し、圧縮空気で燃料電池部１１を冷却するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排出ガス中の未燃燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器ＣＣで生成された高温の燃焼ガスがタービン４で膨張し、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００４１】
圧縮機３で圧縮された空気（流体）は圧縮空気ライン１０からガスタービン排気熱交換器ＨＸ１及びＦＣ排気熱交換器ＨＸ２を経由して燃料電池装置１側に送られ、圧縮空気により燃料電池装置１の冷却が行われ間接冷却した後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２（例えば、純酸素や酸素濃度を調整された混合気）が供給される。燃料供給ライン１３には蒸気合流ライン１５が接続され、燃料供給ライン１３に改質用の蒸気が合流される。改質用の蒸気は、例えば、排熱回収ボイラ６で発生した蒸気の一部、あるいは、蒸気タービン抽気が使用される。燃料電池を低温の圧縮空気で冷却するときは、加熱ラインＸは用いず、直接投入ラインＹを用い、必要に応じて直接投入ラインＹに冷却熱交換器ＣＨを設置する。
【００４２】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２が供給される。燃料供給ライン１３では蒸気合流ライン１５からの蒸気により燃料が改質され、電解質膜を介した酸素と改質燃料の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２で燃料電池部１１からの未燃燃料が未利用酸素や空気と共に燃焼する。生成された高温の燃焼ガスによりタービン４が作動し、タービン４の排気ガスが排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて動力が回収され、蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水されて給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００４３】
上述したタービン発電設備では、酸素濃度は、純酸素もしくは予め決められた濃度の酸素（反応及び燃焼に最適な濃度の酸素）が適用される。燃料中の改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に見合って反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、改質燃料の濃度を検出し、水蒸気と燃料ｆの流量を自動的に調整するか、予め設定した濃度に調整するか、その制御方法は自由である。
【００４４】
このため、燃料ｆ及び酸素Ｏ２及び冷却流体の通路が独立して設けられた燃料電池装置１においては、作動条件等に応じた任意の濃度の酸素（例えば、純酸素も可）、また、燃料中の改質蒸気の任意の濃度を採用できるため、発電効率を高くするための条件調整が相細かく行なえる。
【００４５】
図７に基づいて第２実施例のタービン発電設備を説明する。尚、図６に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。
【００４６】
図に示すように、第２実施例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収されて再循環流体として再循環ライン２１から圧縮機３に導入される。即ち、閉サイクルの設備となっている。
【００４７】
排熱回収ボイラ６ではタービン排気の排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて発電出力が取り出される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水され、その復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００４８】
燃料電池装置１は、酸素Ｏ２と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてＯ２を固体電解質膜を介して反応させて発電し、圧縮流体で燃料電池部１１を冷却するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１から別々に取り出すＯ２＋圧縮流体ラインと燃料ラインが導かれる。未燃燃料及び別途投入の燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスがタービン４で膨張し、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００４９】
圧縮機３で圧縮された再循環流体は圧縮空気ライン１０から排熱回収ボイラ６と併設するガスタービン排気熱交換器ＨＸ１及びＦＣ排気熱交換器ＨＸ２（Ｏ２側）、ＦＣ排気熱交換器ＨＸ３（燃料側）を経由して燃料電池装置１側に送られ、圧縮流体により燃料電池装置１の冷却が行われ間接冷却された後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２（例えば、純酸素や酸素濃度を調整した混合気）が供給される。燃料供給ライン１３には蒸気合流ライン１５が接続され、燃料供給ライン１３に改質用の蒸気が合流される。燃料電池を低温の圧縮流体で冷却するときは、加熱ラインＸを用いず、直接投入ラインＹを用い、必要に応じて直接投入ラインＹに冷却熱交換器ＣＨを設置する。
【００５０】
燃料ｆが炭化水素燃料の場合は水とＣＯ２　が系外に排出されてＣＯ２　が回収され、水素燃料の場合は水のみが系外に排出されて系内のマスバランスは保たれる。系外に排出される水（とＣＯ２　）は、供給される純酸素及び燃料ｆに見合った量となっている。改質用の蒸気には、例えば、排熱回収ボイラ６で発生した蒸気の一部のほか、この系外に排出される水を使用することも可能である。
【００５１】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２が供給される。燃料供給ライン１３では蒸気合流ライン１５からの蒸気により燃料が改質され、電解質膜を介した酸素と改質燃料の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２には燃料電池部１１からの燃料ラインとＯ２（及び圧縮流体ライン）が別個に導かれ必要に応じて燃料ｆが追加投入される。生成された高温の燃焼ガスによりタービン４が作動し、タービン４の排気ガスはガスタービン排気熱交換器ＨＸ１と排熱回収ボイラ６の熱源となり、排熱回収ボイラ６では蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて動力が回収され、蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水されて給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００５２】
上述したタービン発電設備では、酸素濃度は、純酸素もしくは予め決められた濃度の酸素（反応及び燃焼に最適な濃度の酸素）が適用される。燃料中の改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に見合って反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、改質燃料の濃度を検出し、検出結果に応じて燃料ｆに排熱回収ボイラ６からの再熱蒸気を調整する。
【００５３】
このため、燃料ｆ及び酸素Ｏ２及び冷却流体の通路が独立して設けられた燃料電池装置１においては、作動条件等に応じた任意の濃度の酸素（例えば、純酸素も可）、また、燃料中の改質蒸気の任意の濃度を採用できるため、発電効率を高く最適化することができる。また、閉サイクルのタービン発電設備としての特性としてＣＯ２　を回収して環境に排出することがなく、酸素による高効率ＦＣ作動をも可能としたシステムを成立させることができる。
【００５４】
図８に基づいて第３実施例のタービン発電設備を備えた複合発電設備を説明する。図６に示した第１実施例と部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００５５】
図に示すように、第３実施形態例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収されて大気に放出される。排熱回収ボイラ６では排気の排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７で発電出力に転換される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水となり、その復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００５６】
燃料電池装置１は、酸素リッチ空気と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排気を燃焼する後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてＯ２濃度を調整した流体を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料を燃焼させる。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスはタービン４で膨張し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００５７】
圧縮機３で圧縮された空気（流体）は圧縮空気ライン１０から燃料電池装置１側に送られ、必要に応じてさらに冷却した圧縮空気により燃料電池装置１を冷却した後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２（例えば、純酸素や濃度調整された酸素）が供給される。酸素供給ライン１４には圧縮空気ライン１０から分岐する分岐ライン１６が結合し、圧縮空気の一部が合流する。燃料供給ライン１３には蒸気合流ライン１５が接続され、改質用の蒸気が投入される。改質用の蒸気は、例えば、排熱回収ボイラ６で発生した蒸気の一部あるいは蒸気タービン抽気が使用される。
【００５８】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２が供給される。酸素供給ライン１４では圧縮空気の一部が合流して酸素濃度が制御され、燃料供給ライン１３では蒸気合流ライン１５からの蒸気により燃料が改質され、濃度が制御された酸素Ｏ２と改質された燃料の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２で燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料が燃焼し必要に応じて別途燃料ｆが投入されて所定のタービン入口温度によりタービン４が作動する。タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生する。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて発電出力に転換され、蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水されて給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００５９】
上述したタービン発電設備では、圧縮空気の一部にＯ２を混入することにより２１％よりも高い酸素濃度が調整でき、反応及び燃焼に最適な濃度の酸素に設定できる。燃料中の改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に見合って調節され、反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、酸素濃度及び改質蒸気のＨ２やＣＯの濃度を検出し、その値に従って圧縮空気と酸素の量及び燃料ｆと蒸気の量を自動的に調整することにより全自動運転を行なう。
【００６０】
このため、燃料ｆ及び酸素リッチ空気及び冷却流体の通路が独立して設けられた燃料電池装置１において、作動条件等に応じて任意に制御された濃度の酸素を用いることができ、また、改質蒸気の濃度を任意に調整することができ、これら流量を最適化することで発電効率を高くすることができる。
【００６１】
図９に基づいて第４実施例のタービン発電設備を説明する。尚、図６に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。
【００６２】
図に示すように、第４実施形態例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収されて再循環流体として再循環ライン２１から圧縮機３に導入される。即ち、閉サイクルの設備となっている。
【００６３】
排熱回収ボイラ６では排気の排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７で発電出力に転換される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水され、復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００６４】
燃料電池装置１は、酸素リッチ流体と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排気を燃焼する後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてＯ２濃度を調整した流体を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料を燃焼させる。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスはタービン４で膨張し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００６５】
圧縮機３で圧縮された再循環流体は圧縮空気ライン１０から燃料電池装置１側に送られ、必要に応じてさらに冷却した圧縮流体により燃料電池装置１を冷却した後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２（例えば、純酸素や濃度調整された酸素）が供給される。酸素供給ライン１４には圧縮空気ライン１０から分岐する分岐ライン１６が結合そ、圧縮流体の一部が合流する。燃料供給ライン１３には蒸気合流ライン１５が接続され、改質用の蒸気が投入される。
【００６６】
燃料ｆが炭化水素燃料の場合は水とＣＯ２　が系外に排出されてＣＯ２　が回収され、水素燃料の場合は水のみが系外に排出されて系内のマスバランスが保たれる。系外に排出される水（とＣＯ２　）は、供給される純酸素及び燃料ｆに見合った量となっている。改質用の蒸気は、例えば、排熱回収ボイラ６で発生した蒸気あるいは蒸気タービンからの抽気の一部のほか、この系外に排出される水を使用することも可能である。
【００６７】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２が供給される。酸素供給ライン１４は圧縮された再循環流体の一部に合流して酸素濃度が所定値に制御され、燃料供給ライン１３では蒸気合流ライン１５からの蒸気により燃料が改質され、Ｏ２濃度が制御された流体及び改質された燃料の間の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２で燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料が燃焼し所定の高温の燃焼ガスとなりこれによってタービン４が作動し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて発電出力に転換され、蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水されて給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００６８】
上述したタービン発電設備では、再循環流体の一部に純酸素が混入されることにより酸素濃度が所定値に制御され、反応及び燃焼が最適な条件で行なわれる。燃料中の改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に見合って調整され、反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、酸素濃度及び改質燃料の濃度を検出し、検出結果に応じて合流するＯ２の量及び蒸気量を自動的に調整することも可能である。
【００６９】
このため、燃料ｆ及び酸化剤及び冷却流体の通路が独立して設けられた燃料電池装置１においては、作動条件等に応じて任意に制御された濃度の酸素、また、燃料中の改質蒸気の任意濃度を採用できるため、発電効率を高く最適化することができる。また、閉サイクルのタービン発電設備としての特性として、ＣＯ２　を回収して環境に排出することがなく、高効率ＦＣ作動をも可能としたシステムを成立させることができる。
【００７０】
図１０に基づいて第５実施例のタービン発電設備を備えた複合発電設備を説明する。図６に示した第１実施例と部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００７１】
図に示すように、第５実施形態例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収されて大気に放出される。排熱回収ボイラ６では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて蒸気タービン７で動力が回収される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水され、復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００７２】
燃料電池装置１は、酸素Ｏ２濃度を増加した圧縮空気と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排気を燃焼させる後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてのＯ２を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排出ガス中の未燃燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスはタービン４で膨張し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００７３】
圧縮機３で圧縮された空気は圧縮空気ライン１０で燃料電池装置１側に送られるが、タービン排気の熱交換器ＨＸ１及びＦＣ後流の熱交換器ＨＸ２で昇温した後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されるが、同様に、タービン排気の熱交換器ＨＸ１及びＦＣ後流の熱交換器ＨＸ２で所定温度に加熱される。また、圧縮空気ライン１０には酸素Ｏ２（例えば、純酸素）が酸素合流ライン２２で合流し、その後、タービン排気の熱交換器ＨＸ１、ＦＣ後流の熱交換器ＨＸ２を経由して圧縮空気と共に加熱される。燃料供給ライン１３には蒸気合流ライン１５が接続され、改質用の蒸気が合流される。改質用の蒸気は、タービン排気の熱交換器ＨＸ１で発生して供給する。タービン排気の熱交換器ＨＸ１で余剰となる蒸気は別途蒸気タービンへ供給して発電出力に転換する。
【００７４】
圧縮空気ライン１０では合流する酸素量により酸素濃度が制御され、燃料供給ライン１３では蒸気合流ライン１５から改質蒸気が混合される。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料と新しく投入する燃料が燃焼して高温の燃焼ガスとなり、この燃焼ガスにてタービン４を作動させる。タービン４の排気ガスが排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて動力が回収され、蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水されて給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００７５】
上述したタービン発電設備では、圧縮空気ライン１０に合流される酸素の量を適宜制御し、反応及び燃焼に最適な濃度を確保する。燃料中の改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に大して調整制御され、反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、各々の酸素濃度及び改質蒸気の濃度を検出し、酸素Ｏ２の量や改質蒸気の量を自動的に調整することも可能である。
【００７６】
図１１に基づいて第６実施例のタービン発電設備を説明する。尚、図６に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。
【００７７】
図に示すように、第６実施形態例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気は排熱回収ボイラ６で熱回収されて再循環流体として再循環ライン２１から圧縮機３に導入される。即ち、閉サイクルの設備となっている。
【００７８】
排熱回収ボイラ６では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて発電出力に転換される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水され、復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００７９】
燃料電池装置１は、酸素Ｏ２濃度を増加した圧縮流体と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排気を燃焼させる後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてのＯ２を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排出ガス中の未燃燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスはタービン４で膨張しタービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００８０】
圧縮機３で圧縮された再循環流体は圧縮空気ライン１０から燃料電池装置１側に送られるが、タービン排気の熱交換器ＨＸ１及びＦＣ後流の空気系加熱器ＨＸ２を経由した後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されるが、タービン排気の熱交換器ＨＸ１及びＦＣ後流の燃料系加熱器ＨＸ３によって所定温度に加熱される。また、圧縮空気ライン１０には酸素Ｏ２（例えば、純酸素）が合流する酸素合流ライン２２で合流し、その後タービン排気の熱交換器ＨＸ１及びＦＣ後流の空気系加熱器ＨＸ２を経由して圧縮流体と共に加熱される。燃料供給ライン１３には蒸気合流ライン１５が接続され、改質用の蒸気が合流される。改質用蒸気はタービン排気の熱交換器ＨＸ１で発生して供給する。タービン排気の熱交換器ＨＸ１で余剰となる蒸気は別途蒸気タービンへ供給して出力に転換する。
【００８１】
燃料ｆが炭化水素燃料の場合は水とＣＯ２　が系外に排出されてＣＯ２　が回収され、水素燃料の場合は水のみが系外に排出されて系内のマスバランスが保たれる。系外に排出される水（とＣＯ２　）は、供給される純酸素及び燃料ｆに見合った量となっている。改質用の蒸気は、タービン排気の熱交換器ＨＸ１で発生した蒸気の一部が使用され、この系外に排出される水を使用することが可能である。
【００８２】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、圧縮流体ライン１０から酸素Ｏ２が供給される。圧縮流体ライン１０に合流する酸素の量により酸素濃度が制御され、燃料供給ライン１３では蒸気合流ライン１５からの蒸気により燃料が改質され、酸素濃度が制御された流体及び改質された燃料の間の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２で燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料が燃焼して所定の高温の燃焼ガスとなり、これによってタービン４が作動し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて発電出力に転換され、蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水されて給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００８３】
上述したタービン発電設備では、再循環流体（圧縮空気ライン１０）に合流される酸素の量により酸素濃度が所定値に制御され、反応及び燃焼が最適な条件で行なわれる。燃料中の改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に見合って調整され、反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、流体中の酸素濃度から再循環流体の量と酸素Ｏ２の量を比例制御することも可能である。
【００８４】
このため、作動条件等に応じて制御された濃度の酸素を用いることができ、また、改質蒸気の濃度を調整することができ、発電効率を高くすることができる。また、閉サイクルのタービン発電設備としての特性として、ＣＯ２　を回収して環境に排出することがなく、高効率ＦＣ作動をも可能としたシステムを成立させることができる。
【００８５】
図１２に基づいて第７実施例のタービン発電設備を説明する。尚、図６に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。
【００８６】
図に示すように、第７実施例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気ガスは排熱回収ボイラ６で熱回収されて再循環流体として再循環ライン２１から圧縮機３に導入される。即ち、閉サイクルの設備となっている。
【００８７】
排熱回収ボイラ６では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて蒸気タービン７で発電出力に転換される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水され、復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００８８】
燃料電池装置１は、酸素Ｏ２濃度を増加した圧縮流体と燃料ｆとを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排気を燃焼させる後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてのＯ２を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスはタービン４で膨張し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００８９】
圧縮機３で圧縮された再循環流体は圧縮空気ライン１０から燃料電池装置１側に送られるが、タービン排気の熱交換器ＨＸ１で予熱されたあと、燃料混合と酸素混合との２通りに用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆと改質蒸気に見合った再循環流体との混合流体がＦＣ後流の燃料系加熱器ＨＸ３で所定温度に昇温されたあと供給される。また、圧縮空気ライン１０にはタービン排気の熱交換器ＨＸ１の後流で酸素Ｏ２（例えば、純酸素）が合流する酸素供給ライン１８が合流し、その後ＦＣ後流の空気系加熱器ＨＸ２で所定温度に加熱してから燃料電池装置１１に投入される。燃料供給ライン１３には圧縮空気ライン１０のタービン排気の熱交換器ＨＸ１後流から分岐する流体合流ライン１９が接続され、燃料供給ライン１３では改質用の蒸気が確保されている。
【００９０】
燃料ｆが炭化水素燃料の場合は水とＣＯ２　が系外に排出されてＣＯ２　が回収され、水素燃料の場合は水のみが系外に排出されて系内のマスバランスが保たれる。系外に排出される水（とＣＯ２　）は、供給される純酸素及び燃料ｆに見合った量となっている。改質用の蒸気は、再循環流体との混合によってその中に含まれる水（蒸気）で供給される。
【００９１】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、圧縮空気ライン１０から酸素Ｏ２が供給される。圧縮空気ライン１０に合流する酸素の量により酸素濃度が制御され、燃料供給ライン１３では流体合流ライン１９から搬送される再循環流体中の蒸気により燃料が改質され、酸素濃度が制御された流体及び改質された燃料の間の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２で燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料が燃焼し、所定の高温の燃焼ガスとなり、これによりタービン４が作動し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて発電出力に転換される。図示されていないが、蒸気タービンの排気蒸気は復水器で復水されたのち給水ポンプにより排熱回収ボイラ６に給水される。
【００９２】
上述したタービン発電設備では、再循環流体（圧縮空気ライン１０）に酸素供給ライン１８から合流される酸素の量により酸素濃度が所定値に制御され、反応及び燃焼に最適な濃度の酸素にされる。燃料中における改質蒸気の濃度は、燃料ｆの量に見合って再循環流体と混合することにより制御され、反応及び燃焼に最適な濃度に制御される。この時、流体中の酸素濃度から再循環流体の量と酸素Ｏ２の量を比率制御することも可能である。
【００９３】
このため、作動条件等に応じて制御された濃度の酸素を用いることができ、また、別途改質用の蒸気の系統を設けることなく改質蒸気の濃度を調整することができ、発電効率を高くすることができる。また、閉サイクルのタービン発電設備としてんぼ特性としてＣＯ２　を回収して環境に排出することがなく、高効率ＦＣ作動をも可能としたシステムを成立させることができる。
【００９４】
図１３に基づいて第８実施例のタービン発電設備を説明する。尚、図６に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。
【００９５】
図に示すように、第８実施例のタービン発電設備は、燃料電池設備としての燃料電池装置１とガスタービン２とで構成されている。ガスタービン２は圧縮機３及びタービン４及び発電機５で構成され、タービン４の排気は排熱回収ボイラ６で熱回収されて再循環流体として再循環ライン２１から圧縮機３に導入される。即ち、閉サイクルの設備となっている。
【００９６】
排熱回収ボイラ６では排気の排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン７に送られて蒸気タービン７で発電出力に転換される。蒸気タービン７の排気蒸気は復水器８で復水され、復水は給水ポンプ９により排熱回収ボイラ６に給水される。
【００９７】
燃料電池装置１は、酸素Ｏ２と再循環流体として混合した燃料ｆとを電解質膜を介して化学反応させて発電する燃料電池部１１及び燃料電池部１１からの排気を燃焼させる後置燃焼器１２から構成されている。燃料電池部１１は、燃料ｆと、酸化剤としてのＯ２を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。後置燃焼器１２では燃料電池部１１からの排出ガス中の未燃燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。後置燃焼器１２で生成された高温の燃焼ガスはタービン４で膨張し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収される。
【００９８】
圧縮機３で圧縮された再循環流体は必要に応じて冷却熱交換器ＣＨで冷却されたのち圧縮空気ライン１０から燃料電池装置１側に送られ、燃料電池装置１を間接冷却した後タービン作動流体として用いられる。燃料電池装置１の燃料電池部１１には燃料供給ライン１３から燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２（例えば、純酸素の他別途流体で任意のＯ２濃度に調整された流体）が供給される。燃料供給ライン１３には圧縮空気ライン１０から分岐する流体合流ライン１９が接続され、改質用の蒸気を加えられたのちタービン排気の熱交換器ＨＸ１で所定の温度に昇温されて燃料電池に投入される。酸素は酸素流路に設けた熱交換器ＨＸ２において燃料電池排気で所定温度に昇温する。
【００９９】
燃料ｆが炭化水素燃料の場合は水とＣＯ２　が系外に排出されてＣＯ２　が回収され、水素燃料の場合は水のみが系外に排出されて系内のマスバランスが保たれる。系外に排出される水（とＣＯ２　）は、供給される純酸素及び燃料ｆに見合った量となっている。改質用の蒸気は、再循環流体に含まれる水（蒸気）が使用される。
【０１００】
上記構成のタービン発電設備では、燃料電池装置１の燃料電池部１１に燃料供給ライン１３から調整後の燃料ｆが供給されると共に、酸素供給ライン１４から酸素Ｏ２が供給される。燃料供給ライン１３では圧縮流体流体合流ライン１９からの再循環流体（成分に改質用の蒸気を含む）により調整制御され、酸素Ｏ２及び燃料電池内で改質された燃料の電気化学反応により発電が行われる。後置燃焼器１２で燃料電池部１１からの排気中の未燃燃料が燃焼して高温の燃焼ガスが生成され、生成された燃焼ガスによりタービン４が作動し、タービン４の排気が排熱回収ボイラ６で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は、図示は省略したが、蒸気タービンに送られて発電出力に転換され、蒸気タービンの排気蒸気は復水器で復水されて給水ポンプにより排熱回収ボイラ６に給水される。
【０１０１】
上述したタービン発電設備では、酸素濃度は、純酸素（１００％Ｏ２）もしくは所定のＯ２濃度により調整され、反応及び燃焼に最適な濃度の酸素が適用される。燃料中のＨ２Ｏ　分は再循環流体（その成分に改質蒸気を含む）の量と燃料ｆとの調整により制御され、反応及び燃焼に最適なＨ２Ｏ　濃度に制御される。この時、混合後の改質蒸気の濃度を検出し、検出結果に応じて燃料ｆに投入する再循環流体の量を自動的に調整することも可能である。
【０１０２】
以上のとおり、酸素Ｏ２及び燃料ｆ及び冷却流体の３通路が独立して設けられた燃料電池装置１において、作動条件等に応じた任意の濃度の酸素（例えば、純酸素）及び、別途改質用の蒸気の系統を設ける必要なく改質蒸気の濃度を任意に調整する技術を採用したことにより、発電効率を高くすることができる。また、閉サイクルのタービン発電設備としての特性として、ＣＯ２　を回収して環境に排出することがなく、高効率ＦＣ作動をも可能としたシステムを成立させることができる。
【０１０３】
図１４は、酸素Ｏ２流路と燃料流路を燃料電池１１の後流で混合せずに各熱交換器ＨＸ１、ＨＸ２を構成したものであり、圧縮流体ライン１０は混合ライン１９を分岐したのちに熱交換器ＨＸ１後流で燃料流路と混合する状態を示す。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明のタービン発電設備は、酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池設備側に送る圧縮機とからなるので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とすることが可能になる。
【０１０５】
本発明のタービン発電設備は、酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池設備側に送ると共に圧縮流体を酸素供給ラインに合流させる圧縮機とからなるので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とすることが可能になる。
【０１０６】
本発明のタービン発電設備は、酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、燃料供給ラインに改質用の蒸気を合流させる蒸気合流ラインと、流体を圧縮して圧縮流体を燃料電池部を含む燃料電池設備側に送る圧縮機と、圧縮機から燃料電池設備側への圧縮流体のラインに酸素を合流させる酸素合流ラインとからなるので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とすることが可能になる。
【０１０７】
本発明のタービン発電設備は、酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、タービンの排気ガスが圧縮される圧縮機と、圧縮機で圧縮された流体を燃料電池部を含む燃料電池設備側に送る流体供給ラインと、圧縮機で圧縮された流体を改質用の蒸気として燃料供給ラインに合流させる流体合流ラインと、流体供給ラインに酸素を合流させる酸素合流ラインとからなるので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とすることが可能になる。
【０１０８】
本発明のタービン発電設備は、酸素と燃料とを電解質膜を介して電気化学反応させて発電する燃料電池部及び燃料電池部からの排出ガスを燃焼させる後置燃焼器からなる燃料電池設備と、燃料電池設備の排気が膨張するタービンと、燃料電池部に燃料を供給する燃料供給ラインと、燃料電池部に酸素を供給する酸素供給ラインと、タービンの排気ガスが圧縮される圧縮機と、圧縮機で圧縮された流体を燃料電池設備側に送る流体供給ラインと、圧縮機で圧縮された流体を改質用の蒸気として燃料供給ラインに合流させる流体合流ラインとからなるので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができるタービン発電設備とすることが可能になる。
【０１０９】
本発明の複合発電設備は、請求項６乃至請求項１５のいずれか一項に記載のタービン発電設備と、タービン発電設備のタービンの排気ガスの熱回収を行って蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水手段と、復水手段からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段とを備えたので、燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備は、酸素の濃度や燃料に対する水蒸気の濃度を調整することができる能力を備え最適化された複合発電設備とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る燃料電池流体供給システムの概念図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る燃料電池流体供給システムの概念図。
【図３】本発明の第３実施形態例に係る燃料電池流体供給システムの概念図。
【図４】本発明の第４実施形態例に係る燃料電池流体供給システムの概念図。
【図５】本発明の第５実施形態例に係る燃料電池流体供給システムの概念図。
【図６】本発明の第１実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図７】本発明の第２実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図８】本発明の第３実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図９】本発明の第４実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図１０】本発明の第５実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図１１】本発明の第６実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図１２】本発明の第７実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図１３】本発明の第８実施例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図１４】本発明の他の実施例に係るタービン発電設備の概略系統図。
【符号の説明】
１　燃料電池装置
２　ガスタービン
３　圧縮機
４　タービン
５　発電機
６　排熱回収ボイラ
７　蒸気タービン
８　復水器
９　給水ポンプ
１０　圧縮空気ライン
１１　燃料電池部
１２　後置燃焼器
１３　燃料供給ライン
１４　酸素供給ライン
１５　蒸気合流ライン
１６　分岐ライン
１８　酸素供給ライン
１９　流体合流ライン
２１　再循環ライン
２２　酸素合流ライン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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