(57)【要約】【課題】  高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とする。【解決手段】  燃料及び圧縮機１で圧縮された空気が供給されて仕事を行う往復動機関５を備えると共に、往復動機関５の高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービン２を備え、往復動機関２の高温ガスをガスタービン２で膨張し、高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を用いて高温ガスを生成する高温ガス生成手段と、高ガス生成手段で生成した高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンとを備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、燃料と空気により仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関であることを特徴とする複合発電設備。
【請求項３】
請求項２に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、往復動機関と並列に燃焼器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４】
請求項２に記載の複合発電設備において、
燃焼ガス生成手段として、燃料と空気を用いて電気化学反応により発電を行なって高温反応ガスを排出する燃料電池を付設したことを特徴とする複合発電設備。
【請求項５】
請求項４に記載の複合発電設備において、
往復動機関と燃料電池とが直列に備えられている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、
高温ガス生成手段は、往復動機関及び燃料電池と並列に燃焼器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７】
請求項４に記載の複合発電設備において、
往復動機関と燃料電池とが並列に備えられていることを特徴とする複合発電設備。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段に圧縮空気を供給する圧縮機を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項９】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１０】
請求項９に記載の複合発電設備において、
往復動機関の高温ガスと燃料を燃焼して燃焼ガスをガスタービンに供給する燃焼器を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１１】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び燃料が供給され酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスと燃料を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１２】
請求項１１に記載の複合発電設備において、
燃料電池及び往復動機関に供給される燃料及び圧縮機で圧縮された圧縮空気と、燃料電池の排気との間で熱交換を行ない、
燃料電池及び往復動機関に供給される燃料及び燃料電池に供給される圧縮空気を予熱すると共に、往復動機関に供給される排気を冷却する熱交換器と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１３】
請求項１１もしくは請求項１２のいずれか一項に記載の複合発電設備において、
第１の発電出力を得る場合には燃料電池の出力を適用し、第１の発電出力よりも大きい第２の出力を得る場合には燃料電池及び往復動機関もしくは燃料電池及びガスタービンの出力を適用し、第２の発電出力よりも大きい第３の出力を得る場合には燃料電池及び往復動機関及びガスタービンの出力を適用することを特徴とする複合発電設備。
【請求項１４】
請求項１１に記載の複合発電設備において、
圧縮機の出口側の流路と燃焼器の入口側の流路を連通し流路が開閉可能な第１バイパス路と、
圧縮機の出口側における第１バイパス路の後流側と燃料電池の出口側の流路とを連通し流路が開閉可能な第２バイパス路と、
燃料電池の出口側における第２バイパス路の後流側と燃焼器の入口側の流路を連通し流路が開閉可能な第３バイパス路とを備え、
起動時には第１バイパス路のみを用いてガスタービンを駆動し、その後第２バイパス路のみを用いてガスタービンと往復動機関を駆動し、ガスタービンの駆動が安定した後第１バイパス路及び第２バイパス路及び第３バイパス路を閉止して燃料電池を駆動する一方、
往復動機関の停止時には第３バイパス路のみを用いてガスタービンと燃料電池を駆動し、更に燃料電池の停止時には第２バイパス路の開閉状況を調整する
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１５】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが空気極側に供給されると共に燃料極側に燃料が供給される燃料電池と、
燃料電池の空気極側からの排気により燃料電池の空気極側に供給される高温ガスを加熱する空気加熱器と、
燃料電池の燃料極側からの排気により燃料電池の燃料極側に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、
空気加熱器で高温ガスを加熱した排気及び燃料加熱器で燃料を加熱した排気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１６】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び燃料が供給され酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び燃料が供給され酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう第２の燃料電池と、
第２の燃料電池からの排気を燃焼する燃焼器と、
燃料器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１７】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスをガスタービンの対応圧力段に供給する供給路と、ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１８】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なう補助ガスタービンと、
ガスタービンの排気及び補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１９】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なう補助ガスタービンと、
補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる第１排熱回収ボイラと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気を膨張して出力を得ることで発電を行なう燃料電池補助ガスタービンと、
燃料電池補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる第２排熱回収ボイラと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２０】
請求項１９に記載の複合発電設備において、
排熱回収ボイラ及び第１排熱回収ボイラ及び第２排熱回収ボイラからの蒸気と、
燃料電池及び往復動機関及び燃焼器に供給される燃料との間、及び燃料電池に供給される圧縮空気との間、で熱交換を行なうことで燃料ｆ及び圧縮空気a2を加熱すると共に、往復動機関に供給される圧縮空気a1と、燃料電池及び往復動機関及び燃焼器に供給される燃料及び燃料電池に供給される圧縮空気との間、で熱交換を行なうことで圧縮空気を冷却する。
蒸気熱交換器を備える一方、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動して発電を行なう蒸気タービンを備え、蒸気タービンの排出蒸気を復水する復水器を備え、復水器からの復水を排熱回収ボイラに供給する供給路を備えた
ことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２１】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なってタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを燃焼器の入口に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２２】
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
高圧流体を膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なってガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを燃焼器もしくはガスタービンの入口に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２３】
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
燃焼器からの高圧燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気により圧縮空気を加熱する空気加熱器と、
燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する燃料加熱器と、
空気加熱器で熱回収された空気極からの排気が燃料と共に供給されて仕事を行なってガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び燃料加熱器で熱回収された燃料極からの排気を燃焼器に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２４】
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
燃焼器からの高圧燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なってガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを燃焼器に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
供給路から分岐して設けられガスタービンの翼冷却手段につながる翼冷却路と、翼冷却路に設けられ燃焼器に供給される燃料を高温ガスで予熱する燃料予熱器と、
燃料予熱器の上流側における翼冷却路に設けられ排熱回収ボイラで発生した蒸気を再熱する再熱ボイラと、
排熱回収ボイラ及び再熱ボイラからの蒸気により駆動して発電を行なう蒸気タービンと、
蒸気タービンの排出蒸気を復水する復水器と、
復水器からの復水を排熱回収ボイラに供給すると共に一部を再熱ボイラに供給する供給路と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２５】
燃焼器からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させて排出するターボチャージャ付の往復動機関とを備え、ターボチャージャ付の往復動機関は複数台が並列に配設され、それぞれのターボチャージタービンで膨張された高温ガスが合流されて燃焼器に供給されることを特徴とする複合発電設備。
【請求項２６】
燃焼器からの燃焼ガスが供給され低圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージ圧縮機からの圧縮空気の一部が供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージ圧縮機からの圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼器に供給する供給路と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２７】
燃焼器からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得る高圧ガスタービンと、
高圧ガスタービンの排気が供給され排気を膨張して出力を得る低圧ガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高圧の高温ガスをターボチャージタービンで膨張させて燃焼器に供給するターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージ圧縮機からの圧縮空気の一部が供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージ圧縮機からの圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を低圧ガスタービンに供給する供給路と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２８】
請求項２７に記載の複合発電設備において、
ターボチャージタービンで膨張させた高圧の高温ガスの一部を燃料の予熱で熱回収した後、高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンの翼冷却手段に供給する翼冷却路と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼する燃焼器と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項２９】
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージタービンで膨張された高温ガスが供給され高温ガスの酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージタービンからの高温ガスを加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼器に供給する供給路と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３０】
請求項２９に記載の複合発電設備において、
ターボチャージタービンからの高温ガスの一部を燃料の予熱で熱回収した後、ガスタービンの翼冷却ラインに供給する翼冷却ラインを備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３１】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気により圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気が供給されると共に往復動機関からの高温ガスが供給される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３２】
循環流体を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体が燃料及び酸素と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び酸素と燃料が供給される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで熱回収されたガスタービンの排気を循環流体として圧縮機に供給する循環ラインと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３３】
請求項３２に記載の複合発電設備において、
圧縮機で圧縮された流体により燃焼器に供給される燃料を予熱する予熱器と、
圧縮機で圧縮された流体を燃焼器の入口側にバイパスさせる流体バイパスラインと、
循環ラインの循環流体を往復動機関の圧縮流体の入口側にバイパスさせる循環流体バイパスラインと、
往復動機関からの高温ガスをガスタービンの出口側にバイパスさせる高温ガスバイパスラインと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３４】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスの一部が空気極側に供給されると共に燃料極側に燃料が供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
往復動機関からの高温ガスの残りの一部が燃料電池の排出ガスと共に送られる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させその一部蒸気を燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３５】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが空気極側に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備え、
前記空気冷却器は、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水加熱器と、
主蒸気の一部を発生する排熱回収ボイラあるいは主蒸気の一部を加熱する蒸気加熱器と、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と
で構成されていることを特徴とする複合発電設備。
【請求項３６】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が前記空気冷却器で加熱されて空気極に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気によりガスタービンの排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ前記空気冷却器で加熱されたガスタービンの排気を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器に送られて熱回収された燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３７】
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージタービンで膨張された高温ガスが空気極に供給され高温の排気（酸素）と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気によりターボチャージタービンからの高温ガス及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ前記ターボチャージタービンの排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
前記再生熱交換器に送られて熱回収された燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を該再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３８】
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージタービンに供給される高温ガスの一部が空気極に供給され高温の排気（酸素）と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池に供給される高温の排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ燃料電池の空気極に供給される高温排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器で熱回収された燃料電池の排気を膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が前記ターボチャージタービンの排気と共に送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項３９】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温の排気を排出する往復動機関と、
高温の排気が空気極に供給され高温排気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の空気極に供給される高温排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ燃料電池に供給される高温排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器で熱回収された燃料電池の排気を膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
【請求項４０】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気が空気極に供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行う燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の空気極に供給される圧縮空気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させる第２排熱回収ボイラと、
第２排熱回収ボイラで熱回収された燃料電池の排気が送られて前記加熱器に送られる燃料を加熱する燃料加熱手段と、
燃料加熱手段で熱回収された燃料電池の排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが供給されて燃料と共に燃焼させる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されて燃焼ガスを膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備え、
前記燃料加熱手段は、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水加熱器と、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と
で構成されていることを特徴とする複合発電設備。
【請求項４１】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温排気を冷却する高温ガス冷却器と、
高温ガス冷却器で熱回収された高温排気を膨張させて出力を得るガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
高温ガス冷却器の上流側で排気の一部を空気極に供給すると共に、前記空気冷却器及び前記高温ガス冷却器で加熱された燃料が燃料極側に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が供給されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガス及び空気冷却器で熱回収された圧縮空気の一部が供給されその混合流体を膨張して出力を得ることで発電を行うと共に、排気が前記排熱回収ボイラに送られる燃料電池排気ガスタービンと
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンと高温ガス生成手段、例えば、ガスエンジン等の往復動機関を組み合わせた複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを有する発電プラントにおいては、エネルギー資源の有効利用や経済性の視点から様々な高効率・高性能化が図られている。様々な高効率・高性能化において、往復動機関のターボチャージに着目し、ターボチャージを発電機に連結してターボチャージャの出力を発電出力として適用することが考えられている（例えは、非特許文献参照）。
【０００３】
【非特許文献１】Prof.Sinatov,S.,  A Further Increase in Applicability and Profitability of Gas Engine Cogeneration Plants,  23rd CIMAC-Congress on Combustion Engines,Hamburg 2001,1320-1331
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスエンジンのターボチャージャを発電機に連結する従来の高効率・高性能化の技術では、ガスエンジンでの吸気圧力（ターボチャージャの圧縮機で得られる圧縮空気及びタービン入口圧力が高くないので（例えば、２〜３kg/cm2）、ガスタービンとして構成しても１台と１台の組み合わせのため出力を大きくするには限界があるのが実情である。このため、発電容量がガスエンジンの規模に支配され、大容量発電には適していない。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、大型に適したガスタービンを中心に備えた発電設備において、往復動機関を付加、あるいは、必要に応じて燃料電池も付加することで、高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備の構成は、
空気を用いて高温ガスを生成する高温ガス生成手段と、高温ガス生成手段で生成した高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
そして、請求項１に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、燃料と空気により仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、往復動機関と並列に燃焼器が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の複合発電設備において、
燃料ガス生成手段として、燃料と空気を用いて電気化学反応により発電を行なって高温反応ガスを排出する燃料電池を付設したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の複合発電設備において、
往復動機関と燃料電池とが直列に備えられていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、往復動機関及び燃料電池と並列に燃焼器が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の複合発電設備において、
往復動機関と燃料電池とが並列に備えられていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段に圧縮空気を供給する圧縮機を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
そして、請求項９に記載の複合発電設備において、
往復動機関の高温ガスと燃料を燃焼して燃焼ガスをガスタービンに供給する燃焼器を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び燃料が供給され酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスと燃料を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項１１に記載の複合発電設備において、
燃料電池及び往復動機関に供給される燃料及び圧縮機で圧縮された圧縮空気と、燃料電池の排気との間で熱交換を行ない、
燃料電池及び往復動機関に供給される燃料及び燃料電池に供給される圧縮空気を予熱すると共に、往復動機関に供給される排気を冷却する熱交換器と
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１もしくは請求項１２のいずれか一項に記載の複合発電設備において、
第１の発電出力を得る場合には燃料電池の出力を適用し、第１の発電出力よりも大きい第２の出力を得る場合には燃料電池及び往復動機関もしくは燃料電池及びガスタービンの出力を適用し、第２の発電出力よりも大きい第３の出力を得る場合には燃料電池及び往復動機関及びガスタービンの出力を適用することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１に記載の複合発電設備において、
圧縮機の出口側の流路と燃焼器の入口側の流路を連通し流路が開閉可能な第１バイパス路と、
圧縮機の出口側における第１バイパス路の後流側と燃料電池の出口側の流路とを連通し流路が開閉可能な第２バイパス路と、
燃料電池の出口側における第２バイパス路の後流側と燃焼器の入口側の流路を連通し流路が開閉可能な第３バイパス路とを備え、
起動時には第１バイパス路のみを用いてガスタービンを駆動し、その後第２バイパス路のみを用いてガスタービンと往復動機関を駆動し、ガスタービンの駆動が安定した後第１バイパス路及び第２バイパス路及び第３バイパス路を閉止して燃料電池を駆動する一方、
往復動機関の停止時には第３バイパス路のみを用いてガスタービンと燃料電池を駆動し、更に燃料電池の停止時には第２バイパス路の開閉状況を調整する
ことを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが空気極側に供給されると共に燃料極側に燃料が供給される燃料電池と、
燃料電池の空気極側からの排気により燃料電池の空気極側に供給される高温ガスを加熱する空気加熱器と、
燃料電池の燃料極側からの排気により燃料電池の燃料極側に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、
空気加熱器で高温ガスを加熱した排気及び燃料加熱器で燃料を加熱した排気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び燃料が供給され酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び燃料が供給され酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう第２の燃料電池と、
第２の燃料電池からの排気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスをガスタービンの対応圧力段に供給する供給路と、ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なう補助ガスタービンと、
ガスタービンの排気及び補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
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、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なう補助ガスタービンと、
補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる第１排熱回収ボイラと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気を膨張して出力を得ることで発電を行なう燃料電池補助ガスタービンと、
燃料電池補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる第２排熱回収ボイラと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２５】
そして、請求項１９に記載の複合発電設備において、
排熱回収ボイラ及び第１排熱回収ボイラ及び第２排熱回収ボイラからの蒸気と、燃料電池及び往復動機関及び燃料器に供給される燃料との間、及び燃料電池に供給される圧縮空気との間、で熱交換を行なうことで燃料及び圧縮空気を加熱すると共に、往復動機関に供給される圧縮空気と、燃料電池及び往復動機関及び燃焼器に供給される燃料及び燃料電池に供給される圧縮空気との間、で熱交換を行なうことで圧縮空気を冷却する
蒸気熱交換器を備える一方、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動して発電を行なう蒸気タービンを備え、蒸気タービンの排出蒸気を復水する復水器を備え、復水器からの復水を排熱回収ボイラに供給する供給路を備えた
ことを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて仕事を行なってタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを燃焼器の入口に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
高圧流体を膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なってガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを燃焼器もしくはガスタービンの入口に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
燃焼器からの高圧燃料ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気により圧縮空気を加熱する空気加熱器と、
燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する燃料加熱器と、
空気加熱器で熱回収された空気極からの排気が燃料と共に供給されて仕事を行なってガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び燃料加熱器で熱回収された燃料極からの排気を燃焼器に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００２９】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
燃焼器からの高圧燃料ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気の燃料と共に供給されて仕事を行なってガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを燃焼器に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
供給路から分岐して設けられガスタービンの翼冷却手段につながる翼冷却路と、
翼冷却路に設けられ燃焼器に供給される燃料を高温ガスで予熱する燃料予熱器と、
燃料予熱器の上流側における翼冷却路に設けられ排熱回収ボイラで発生した蒸気を再熱する再熱ボイラと、
排熱回収ボイラ及び再熱ボイラからの蒸気により駆動して発電を行なう蒸気タービンと、
蒸気タービンの排出蒸気を復水する復水器と、
復水器からの復水を排熱回収ボイラに供給すると共に一部を再熱ボイラに供給する供給路と
を備えたことを特徴とする。
【００３０】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させて排出するターボチャージャ付の往復動機関とを備え、
ターボチャージャ付の往復動機関は複数台が並列に配設され、それぞれのターボチャージタービンで膨張された高温ガスが合流されて燃焼器に供給されることを特徴とする。
【００３１】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され低圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージ圧縮機からの圧縮空気の一部が供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージ圧縮機からの圧縮空気と加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼器に供給する供給路と
を備えたことを特徴とする。
【００３２】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得る高圧ガスタービンと、
高圧ガスタービンの排気が供給され排気を膨張して出力を得る低圧ガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高圧の高温ガスをターボチャージタービンで膨張させて燃焼器に供給するターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージ圧縮機からの圧縮空気の一部が供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージ圧縮機からの圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を低圧ガスタービンに供給する供給路と
を備えたことを特徴とする。
【００３３】
そして、請求項２７に記載の複合発電設備において、
ターボチャージタービンで膨張させた高圧の高温ガスの一部を燃料の予熱で熱回収した後、高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンの翼冷却手段に供給する翼冷却路と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼する燃焼器と
を備えたことを特徴とする。
【００３４】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージタービンで膨張された高温ガスが供給され高温ガスの酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージタービンからの高温ガスを加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼器に供給する供給路と
を備えたことを特徴とする。
【００３５】
そして、請求項２９に記載の複合発電設備において、
ターボチャージタービンからの高温ガスの一部を燃料の予熱で熱回収した後、ガスタービンの翼冷却ラインに供給する翼冷却ラインを備えたことを特徴とする。
【００３６】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気の酸素と燃料等とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気により圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気が供給されると共に往復動機関からの高温ガスが供給される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００３７】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、
循環流体を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体が燃料及び酸素と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び酸素が供給される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで熱回収されたガスタービンの排気を循環流体として圧縮機に供給する循環ラインと
を備えたことを特徴とする。
【００３８】
そして、請求項３２に記載の複合発電設備において、
圧縮機で圧縮された流体により燃焼器に供給される燃料を予熱する予熱器と、
圧縮機で圧縮された流体を燃焼器の入口側にバイパスさせる流体バイパスラインと、
循環ラインの循環流体を往復動機関の圧縮流体の入口側にバイパスさせる循環流体バイパスラインと、
往復動機関からの高温ガスをガスタービンの出口側にバイパスさせる高温ガスバイパスラインと
を備えたことを特徴とする。
【００３９】
上記目的を達成するための請求項３４の本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスの一部が空気極側に供給されると共に燃料極側に燃料が供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
往復駆動機関からの高温ガスの残りの一部が燃料電池の排出ガスと共に送られる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させその一部蒸気を燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００４０】
上記目的を達成するための請求項３５の本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスが空気極側に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備え、
前記空気冷却器は、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水加熱器と、
主蒸気の一部を発生する排熱回収ボイラあるいは主蒸気の一部を加熱する蒸気加熱器と、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と
で構成されていることを特徴とする。
【００４１】
上記目的を達成するための請求項３６の本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が前記空気冷却器で加熱されて空気極に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気によりガスタービンの排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ前記空気冷却器で加熱されたガスタービンの排気を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器に送られて熱回収された燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００４２】
上記目的を達成するための請求項３７の本発明の複合発電設備は、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージタービンで膨張された高温ガスが空気極に供給され高温の排気（酸素）と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気によりターボチャージタービンからの高温ガス及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ前記ターボチャージタービンの排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
前記再生熱交換器に送られて熱回収された燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を該再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００４３】
上記目的を達成するための請求項３８の本発明の複合発電設備は、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージタービンに供給される高温ガスの一部が空気極に供給され高温の排気（酸素）と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池に供給される高温排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ燃料電池の空気極に供給される高温排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器で熱回収された燃料電池の排気を膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が前記ターボチャージタービンの排気と共に送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００４４】
上記目的を達成するための請求項３９の本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温の排気を排出する往復駆動機関と、
高温の排気が空気極に供給され高温排気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の空気極に供給される高温排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ燃料電池に供給される高温排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器で熱回収された燃料電池の排気を膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたことを特徴とする。
【００４５】
上記目的を達成するための請求項４０の本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気が空気極に供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行う燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の空気極に供給される圧縮空気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させる第２排熱回収ボイラと、
第２排熱回収ボイラで熱回収された燃料電池の排気が送られて前記加熱器に送られる燃料を加熱する燃料加熱手段と、
燃料加熱手段で熱回収された燃料電池の排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスが供給されて燃料と共に燃焼させる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されて燃焼ガスを膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備え、
前記燃料加熱手段は、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水加熱器と、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と
で構成されていることを特徴とする。
【００４６】
上記目的を達成するための請求項４１の本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温排気を冷却する高温ガス冷却器と、
高温ガス冷却器で熱回収された高温ガスを膨張して出力を得るガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
高温ガス冷却器の上流側で排気の一部を空気極に供給すると共に、前記空気冷却器及び前記高温ガス冷却器で加熱された燃料が燃料極側に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が供給されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガス及び空気冷却器で熱回収された圧縮空気の一部が供給されその混合流体を膨張して出力を得ることで発電を行うと共に、排気が前記排熱回収ボイラに送られる燃料電池排気ガスタービンと
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の複合発電設備は、空気を用いて高温ガスを生成する高温ガス生成手段と、高温ガス生成手段で生成した高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンとを備えたので、高温ガス生成手段で生成された高温ガスをガスタービンで膨張して高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００４８】
そして、請求項１に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、燃料と空気により仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関であるので、往復動機関の高温ガスをガスタービンで膨張して高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００４９】
また、請求項２に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、往復動機関と並列に燃焼器が備えられているので、往復動機関の高温ガスと燃料を燃焼させた燃焼ガスをガスタービンで膨張して高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００５０】
また、請求項２に記載の複合発電設備において、
燃焼ガス生成手段として、燃料と空気を用いて電気化学反応により発電を行なって高温の反応ガスを排出する燃料電池を付設したので、燃料電池での発電出力を得ることができる。
【００５１】
また、請求項４に記載の複合発電設備において、
往復動機関と燃料電池とが直列に備えられているので、往復動機関の排気を燃料電池の作動流体にすることができる、もしくは、燃料電池の排気を往復動機関の作動流体とすることができる。
【００５２】
また、請求項５に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段は、往復動機関及び燃料電池と並列に燃焼器が備えられているので、燃焼器での燃焼ガスを合流してガスタービンで膨張させることができる。
【００５３】
また、請求項４に記載の複合発電設備において、
往復動機関と燃料電池とが並列に備えられているので、往復動機関の排気と燃料電池の排気を合流してガスタービンで膨張させることができる。
【００５４】
また、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の複合発電設備において、
高温ガス生成手段に圧縮空気を供給する圧縮機を備えたので、圧縮空気を高温ガス生成手段に供給することができる。
【００５５】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
往復動機関の排気である高温ガスと燃料を燃焼させた燃焼ガスをガスタービンで膨張して高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００５６】
そして、請求項９に記載の複合発電設備において、
往復動機関の排気である高温ガスと燃料を燃焼して燃焼ガスをガスタービンに供給する燃焼器を備えたので、燃焼器での燃焼ガスを合流してガスタービンで膨張させることができる。
【００５７】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び燃料が供給された酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気が燃料と共に供給されて排気として高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガスと燃料を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されその膨張による出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
燃料電池での発電出力を得ると共に往復動機関の高温ガスでガスタービンを膨張して高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００５８】
そして、請求項１１に記載の複合発電設備において、
燃料電池及び往復動機関に供給される燃料及び圧縮機で圧縮された圧縮空気と、
燃料電池の排気との間で熱交換を行い、
燃料電池及び往復動機関に供給される燃料及び燃料電池に供給される圧縮空気を予熱すると共に、往復動機関に供給される排気を冷却する熱交換器と
を備えたので、燃料の予熱及び往復動機関への吸気冷却が行なえる。
【００５９】
また、請求項１１もしくは請求項１２のいずれか一項に記載の複合発電設備において、
第１の発電出力を得る場合には燃料電池の出力を適用し、第１の発電出力よりも大きい第２の出力を得る場合には燃料電池及び往復動機関もしくは燃料電池及びガスタービンの出力を適用し、第２の発電出力よりも大きい第３の出力を得る場合には燃料電池及び往復動機関及びガスタービンの出力を適用するようにしたので、負荷変動に応じて出力を調整することができる。
【００６０】
また、請求項１１に記載の複合発電設備において、
圧縮機の出口側の流路と燃焼器の入口側の流路を連通し流路が開閉可能な第１バイパス路と、
圧縮機の出口側における第１バイパス路の後流側と燃料電池の出口側の流路とを連通し流路が開閉可能な第２バイパス路と、
燃料電池の出口側における第２バイパス路の後流側と燃焼器の入口側の流路を連通し流路が開閉可能な第３バイパス路とを備え、
起動時には第１バイパス路のみを用いてガスタービンを駆動し、その後第２バイパス路のみを用いてガスタービンと往復動機関を駆動し、ガスタービンの駆動が安定した後第１バイパス路及び第２バイパス路及び第３バイパス路を阻止して燃料電池を駆動する一方、
往復動機関の停止時には第３バイパス路のみを用いてガスタービンと燃料電池を駆動し、更に燃料電池の停止時には第２バイパス路の開閉状況を調整する
ようにしたので、ガスタービン及び燃料電池及び往復動機関を単独あるいは組み合わせた運用が行なえる。
【００６１】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて排気として高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気としての高温ガスが空気極側に供給されると共に燃料極側に燃料が供給される燃料電池と、
燃料電池の空気極側からの排気により燃料電池の空気極側に供給される高温ガスを加熱する空気加熱器と、
燃料電池の燃料極側からの排気により燃料電池の燃料極側に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と、
空気加熱器で高温ガスを加熱した排気及び燃料加熱器で燃料を加熱した排気を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され、その膨張によって出力を得るガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６２】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気及び燃料が供給され空気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気が燃料と共に供給されて高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温ガス及び燃料が供給され排気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう第２の燃料電池と、
第２の燃料電池からの排気を燃料と燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６３】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温排気である高温ガスをガスタービンの対応圧力段に供給する供給路と、ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６４】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃料と燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されて高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気である高温ガスが供給されその膨張によって出力を得る補助ガスタービンと、
ガスタービンの排気及び補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６５】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給され高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気である高温ガスが供給されその膨張によって出力を得る補助ガスタービンと、
補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる第１排熱回収ボイラと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池からの排気を膨張して出力を得ることで発電を行なう燃料電池補助ガスタービンと、
燃料電池補助ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる第２排熱回収ボイラと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６６】
そして、請求項１９に記載の複合発電設備において、
排熱回収ボイラ及び第１排熱回収ボイラ及び第２排熱回収ボイラからの蒸気と、
燃料電池及び往復動機関及び燃焼器に供給される燃料との間、及び燃料電池に供給される圧縮空気との間、で熱交換を行なうことで燃料及び圧縮空気を加熱すると共に、往復動機関に供給される圧縮空気と、燃料電池及び往復動機関及び燃焼器に供給される燃料及び燃料電池に供給される圧縮空気との間、で熱交換を行なうことで圧縮空気を冷却する
蒸気熱交換器を備える一方、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動して発電を行なう蒸気タービンを備え、蒸気タービンの排気蒸気を復水する復水器を備え、復水器からの復水を排熱回収ボイラに供給する供給路を備えた
ので、
往復動機関の吸気冷却及び燃料電池の吸気加熱及び往復動機関、燃料電池の燃料加熱が行なえる。
【００６７】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料を燃焼する燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
圧縮機の途中段からの圧縮空気が燃料とともに供給されてタービンの入口圧力に対応する圧力の高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気である高温ガスを燃焼器もしくはガスタービンの入口に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６８】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
高圧流体を膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されてガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温ガスを排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気である高温ガスをガスタービンの入口に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００６９】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
燃焼器からの高圧燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気により圧縮空気を加熱する空気加熱器と、
燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する燃料加熱器と、
空気加熱器で熱回収された空気極からの排気が燃料と共に供給されてガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気である高温ガス及び燃料加熱器で熱回収された燃料極からの排気を燃焼器に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７０】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する低圧圧縮機と、
燃焼器からの高圧燃焼ガスが供給されその膨張によって出力を得るガスタービンと、
低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されてガスタービンの入口圧力に対応する圧力の高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの排気である高温ガスを燃焼器に供給する供給路と、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
供給路から分岐して設けられガスタービンの翼冷却手段につながる翼冷却路と、
翼冷却路に設けられ燃焼器に供給される燃料を高温ガスで予熱する燃料予熱器と、
燃料予熱器の上流側における翼冷却路に設けられ排熱回収ボイラで発生した蒸気を再熱する再熱ボイラと、
排熱回収ボイラ及び再熱ボイラからの蒸気により駆動して発電を行なう蒸気タービンと、
蒸気タービンの排出蒸気を復水する復水器と、
復水器からの復水を排熱回収ボイラに供給すると共に一部を再熱ボイラに供給する供給路と
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７１】
本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されてその高温排気をターボチャージタービンで膨張させて排出するターボチャージャ付の往復動機関とを備え、
ターボチャージャ付の往復動機関は複数台が並列に配設され、それぞれのターボチャージタービンで膨張された高温排気が合流されて燃焼器に供給されるので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７２】
本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され低圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて、高温排気をターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージ圧縮機からの圧縮空気の一部が供給され圧縮空気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージ圧縮機からの圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼器に供給する供給路と
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７３】
本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得る高圧ガスタービンと、
高圧ガスタービンの排気が供給されその膨張によって出力を得る低圧ガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて、高圧の高温排気をターボチャージタービンで膨張させて燃焼器に供給するターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージ圧縮機からの圧縮空気の一部が供給され圧縮空気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージ圧縮機からの圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を低圧ガスタービンに供給する供給路と
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７４】
そして、請求項２７に記載の複合発電設備において、
ターボチャージタービンで膨張させた高圧の高温排気の一部を燃料予熱に熱回収した後、高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンの翼冷却手段に供給する翼冷却路と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼する燃焼器と
を備えたので、
翼冷却を行なうことができる。
【００７５】
本発明の複合発電設備は、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて、高温排気をターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージタービンで膨張された高温排気が供給され高温排気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気によりターボチャージタービンからの高温排気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気を燃焼器に供給する供給路と
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７６】
そして、請求項２９に記載の複合発電設備において、
ターボチャージタービンからの高温排気の一部を燃料の予熱で熱回収した後、ガスタービンの翼冷却ラインに供給する翼冷却ラインを備えたので、
翼冷却を行なうことができる。
【００７７】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給されて高温排気を排出する往復動機関と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の空気極からの排気により圧縮空気を加熱すると共に燃料電池の燃料極からの排気により燃料を加熱する加熱器と、
加熱器で熱回収された排気が供給されると共に往復動機関からの高温排気が供給される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７８】
本発明の複合発電設備は、
循環流体を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された流体か燃料及び酸素と共に供給されて高温排気を排出する往復動機関と、
往復動機関からの高温排気及び酸素が供給される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで熱回収されたガスタービンの排気を循環流体として圧縮機に供給する循環ラインと
を備えたので、
閉サイクルのガスタービンを用いて高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００７９】
そして、請求項３２に記載の複合発電設備において、
圧縮機で圧縮された流体により燃焼器に供給される燃料を予熱する予熱器と、
圧縮機で圧縮された流体を燃焼器の入口側にバイパスさせる流体バイパスラインと、
循環ラインの循環流体を往復動機関の圧縮流体の入口側にバイパスさせる循環流体バイパスラインと、
往復動機関からの高温排気をガスタービンの出口側にバイパスさせる高温ガスバイパスラインと
を備えたので、
ガスタービンと往復動機関を単独で運用することができる。
【００８０】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスの一部が空気極側に供給されると共に燃料極側に燃料が供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
往復駆動機関からの高温ガスの残りの一部が燃料電池の排出ガスと共に送られる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させその一部蒸気を燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８１】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスが空気極側に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給され燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備え、
前記空気冷却器は、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水加熱器と、
主蒸気の一部を発生する排熱回収ボイラあるいは主蒸気の一部を加熱する蒸気加熱器と、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と
で構成されているので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８２】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスが供給され高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が前記空気冷却器で加熱されて空気極に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気によりガスタービンの排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ前記空気冷却器で加熱されたガスタービンの排気を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器に送られて熱回収された燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８３】
本発明の複合発電設備は、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージャ付の往復動機関のターボチャージタービンで膨張された高温ガスが空気極に供給され高温の排気（酸素）と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気によりターボチャージタービンからの高温ガス及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ前記ターボチャージタービンの排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
前記再生熱交換器に送られて熱回収された燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を該再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８４】
本発明の複合発電設備は、
ターボチャージ圧縮機及びターボチャージタービンを備え、ターボチャージ圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行ない、高温ガスをターボチャージタービンで膨張させるターボチャージャ付の往復動機関と、
ターボチャージタービンに供給される高温排気の一部が空気極に供給され高温の排気（酸素）と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池に供給される高温排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ燃料電池の空気極に供給される高温排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器で熱回収された燃料電池の排気を膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が前記ターボチャージタービンの排気と共に送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８５】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機からの圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温の排気を排出する往復駆動機関と、
高温の排気が空気極に供給され高温排気中の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行なう燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の空気極に供給される高温排気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られ燃料電池に供給される高温排気及び前記加熱器に送られる燃料を加熱する再生熱交換器と、
再生熱交換器で熱回収された燃料電池の排気を膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させて発生させた蒸気の一部を再生熱交換器に送られる燃料の改質蒸気とする排熱回収ボイラと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８６】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気が空気極に供給され圧縮空気の酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行う燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の空気極に供給される圧縮空気及び燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が送られて蒸気を発生させる第２排熱回収ボイラと、
第２排熱回収ボイラで熱回収された燃料電池の排気が送られて前記加熱器に送られる燃料を加熱する燃料加熱手段と、
燃料加熱手段で熱回収された燃料電池の排気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温ガスが供給されて燃料と共に燃焼させる燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスが供給されて燃焼ガスを膨張させて出力を得ることで発電を行うガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと
を備え、
前記燃料加熱手段は、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水加熱器と、
前記燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する燃料加熱器と
で構成されているので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【００８７】
本発明の複合発電設備は、
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
空気冷却器で冷却された圧縮空気が燃料と共に供給されて仕事を行なって高温ガスを排出する往復駆動機関と、
往復駆動機関からの高温排気を冷却する高温ガス冷却器と、
高温ガス冷却器で熱回収された高温ガスを膨張して出力を得るガスタービンと、
ガスタービンの排気が送られて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
高温ガス冷却器の上流側で排気の一部を空気極に供給すると共に、前記空気冷却器及び前記高温ガス冷却器で加熱された燃料が燃料極側に供給される燃料電池と、
燃料電池の排気により燃料電池の燃料極に供給される燃料を加熱する加熱器と、
燃料電池の排気が供給されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガス及び空気冷却器で熱回収された圧縮空気の一部が供給されその混合流体を膨張して出力を得ることで発電を行うと共に、排気が前記排熱回収ボイラに送られる燃料電池排気ガスタービンと
を備えたので、
高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８８】
本発明の実施形態例に係る複合発電設備は、空気を用いて高温ガスを生成する高温ガス生成手段と、高温ガス生成手段で生成した高温ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービンとを備えたもので、高温ガス生成手段としては、例えば、燃料と空気により仕事を行なって高温ガスを排出するガスエンジンをはじめとする往復動機関が適用される。尚、往復動機関とは、ガスエンジンの他ガソリン機関（ガソリンエンジン）やディーゼル機関（ディーゼルエンジン）等の往復動内燃機関一般をいう。
【００８９】
つまり、高圧力（例えば、１５〜１６kg/cm2）の圧縮流体を膨張させることで発電出力を得るガスタービンを備えた発電設備に、(1)往復動機関をトッピングしてガスタービンで流体を膨張させる際の効率・性能を向上させるようにしたものである。また、高温ガス生成手段として、(2)往復動機関に加えて燃料と空気を用いて電気化学反応により発電を行なって高温反応ガスを排出する燃料電池を付設し、更なる効率向上及び性能向上を企図したものである。
【００９０】
本発明の実施形態例を図１乃至図６に基づいて説明する。
【００９１】
〈第１実施形態例〉
図１には本発明の第１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。
【００９２】
図１に示すように、圧縮機１及びガスタービン２とを有し発電機３が連結されたガスタービン設備４と、圧縮機１で圧縮された圧縮空気を用いて高温ガスを生成する高温ガス生成手段としての往復動機関（往復動機関またはディーゼルエンジン他）５が備えられている。往復動機関５には発電機６が連結されている。
【００９３】
圧縮機１には空気ａが吸気され、空気は所定の高圧力（例えば、１５〜１６kg/cm2）に圧縮されて空気冷却器７で冷却された後往復動機関５に供給される。往復動機関５は容量型の内燃機関であるため、空気冷却器７で空気を冷却することで重量流量を増加させて出力を向上させることができる。尚、往復動機関５の容量等によっては、空気冷却器７を省略することも可能である。
【００９４】
往復動機関５には冷却された空気と燃料f2が供給され、所定の燃空比に制御された予混合ガスが燃焼室に送られて仕事を行なう。往復動機関５の高温ガス（生成された高温ガス）はガスタービン２の入口部に供給され、ガスタービン２で排気が膨張して出力が取り出される。ガスタービン２で出力を得ることで発電が行なわれる。タービン２で仕事を終えた排気は、排熱回収ボイラ８で熱回収（蒸気発生）されて大気に放出される。
【００９５】
従って、ガスタービン設備４及び往復動機関５における発電出力が複合され、高性能を発揮する複合発電設備とできる。
【００９６】
〈第２実施形態例〉
図２には本発明の第２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。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００９７】
図１に示した第１実施形態例の複合発電設備は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の全量を往復動機関５側に供給する構成であったが、図２に示した第２実施形態例の複合発電設備は、圧縮空気の一部を往復動機関５側に供給する構成となっている。
【００９８】
即ち、圧縮機１とガスタービン２の間には往復動機関５と並列に燃焼器９が備えられ、圧縮器１で圧縮された圧縮空気の一部が往復動機関５側に供給されると共に残りが燃焼器９に供給される。燃焼器９には燃料f1が供給されて燃焼ガスが生成され、燃焼ガスはガスタービン２の入口側に供給される。
【００９９】
従って、容量や台数等の往復動機関５側の規模に応じて必要な流量の圧縮空気を往復動機関５に供給する場合の例、つまり、小型、小容量との組み合わせを行なう場合の例として示している。
【０１００】
〈第３実施形態例〉
図３には本発明の第３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。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１０１】
図３に示した第３の実施形態例の複合発電設備は、第１実施形態例の複合発電設備に対し、往復動機関５の高温ガス中に更に燃料を投入する燃焼器１０が備えられ、燃焼器１０からの燃焼ガスがガスタービン２の入口部に供給される。
【０１０２】
従って、ガスタービン２の入口温度を高温の一定温度に制御することができ、ガスタービン２の出力を積極的に増加させることができる。
【０１０３】
〈第４実施形態例〉
図４には本発明の第４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。尚、図１乃至図３に示した部材と同一部材とには同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１０４】
図３に示した第３実施形態例の複合発電設備は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の全量を往復動機関５側に供給する構成であったが、図４に示した第４実施形態例の複合発電設備は、圧縮空気の一部を往復動機関５側に供給する構成となっている。
【０１０５】
即ち、圧縮機１とガスタービン２の間には往復動機関５と並列に燃焼器９が備えられ、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の一部が往復動機関５側に供給されると共に残りが燃焼器９に供給される。燃焼器９には燃料f3が供給されて圧縮空気と共に燃焼ガスが生成され、燃焼ガスは燃焼器１０の燃焼ガスとともにガスタービン２の入口側に供給される。
【０１０６】
燃焼器９及び燃焼器１０の燃焼ガスをガスタービン２の入口温度（一定温度）に制御する。容量や台数等の往復動機関５の規模に応じて最適な流量の圧縮空気を使用することができる。
【０１０７】
〈第５実施形態例〉
図５には本発明の第５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。尚、図１乃至図４に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【０１０８】
図５に示すように、圧縮機１及びガスタービン２とを有し発電機３が連結されたガスタービン設備４が備えられ、圧縮機１で圧縮された圧縮空気が供給される燃料電池１１が備えられている。燃料電池１１は圧縮機１で圧縮された圧縮空気を用いて高温ガスを生成する高温ガス生成手段であり、燃料電池１１には燃料f3が供給される。燃料電池１１は圧縮空気の酸素と燃料を電気化学反応させて発電を行なうもので、燃料電池１１には直交変換器１２が連結されている。
【０１０９】
燃料電池で反応を終えた排気が送られる往復動機関５が備えられている。往復動機関５には発電機６が連結されている。
【０１１０】
圧縮機１には空気ａが吸気され、空気は所定の高圧力（例えば、１５〜１６kg/cm2）に圧縮されて燃料電池１１に供給される。燃料電池１１では圧縮空気の酸素と燃料とで発電が行なわれ、反応を終えた排気は往復動機関５に供給される。
【０１１１】
往復動機関５には排気と共に燃料f2が供給されて仕事を行なう。往復動機関５の高温排気は燃焼器１３に供給され、燃料f1を燃焼させる。尚、タービン入口温度によっては燃焼器１３は省略することも可能である。
【０１１２】
燃焼器１３からの燃焼ガスはガスタービン２に供給され、ガスタービン２は燃焼ガスの膨張によって駆動される。タービン２で仕事を終えた排気は、排熱回収ボイラ８で熱回収（蒸気発生）ののち大気に放出される。
【０１１３】
従って、一定の吸気ａについてガスタービン設備４における発電出力に加えて燃料電池１３、往復動機関５における発電出力とが得られ、高効率・高性能を発揮することができる複合発電設備とすることができる。
【０１１４】
そして、発電効率の高い燃料電池１３、往復動機関５及びガスタービン２（および排熱回収ボイラ８で発生した蒸気により駆動する蒸気タービン）の順に圧縮機１からの圧縮空気が供給されるように構成されているので、圧縮機１からの高圧空気中の酸素を０wt％近くまで完全に使い切ることができる。これにより、発電出力に対する空気圧縮出力を相対的に小さくしてプラント効率を高めることができる。
【０１１５】
〈第６実施形態例〉
図６には本発明の第６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。尚、図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１１６】
図５に示した第５実施形態例の複合発電設備は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の全量を燃料電池１１側及び往復動機関５側に供給する構成であったが、図６に示した第６実施形態例の複合発電設備は、圧縮空気の一部を燃料電池１１及びその後流の往復動機関５に供給する構成となっている。
【０１１７】
即ち、圧縮機１とガスタービン２の間には燃料電池１１及び往復動機関５と並列に燃焼器１４が備えられ、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の一部が燃料電池１１及び往復動機関５に供給され、残りの空気が燃焼器１４に供給される。燃焼器１４には燃料f1が供給されて圧縮空気と共に燃焼され、その燃焼ガスはガスタービン２の入口側に供給される。
【０１１８】
燃料電池１１の形式や、容量や台数等の往復動機関５の規模に応じて最適な流量の圧縮空気を燃料電池１１及び往復動機関５に供給する方式である。
【実施例】
【０１１９】
以上上述した実施形態例を基本とした具体的な実施例を図面に基づいて説明する。
【０１２０】
〈第１実施例〉
図７には本発明の第１実施例に係る複合発電設備の概略系統、図８には機器の運用状況を示してある。図７に示した第１実施例は図５に示した実施形態例を具体化したものであるのである。このため、図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１２１】
図７に示すように、圧縮機１の後流側に熱交換器１５が設けられている。熱交換器１５では、圧縮機１で圧縮された圧縮空気、燃料電池１１及び往復動機関５に供給される燃料f2,f3 が加熱される。加熱の熱源は燃料電池１１の排気が用いられる。つまり、燃料電池１１の排気が圧縮空気及び燃料ｆにより冷却され、冷却された排気が往復動機関５に供給される。
【０１２２】
燃料電池１１の排気は、例えば、1000℃程度の高温であるが、熱交換器１５により燃料ｆ及び圧縮空気の加熱源として用いることで、熱交換器１５の出口側（往復動機関５の入口側）の温度は、例えば、200℃〜300℃程度となる。熱交換器１５を設けたことにより、燃料ｆ及び圧縮空気の温度を燃料電池１１の作動温度に予熱調整することができる。そして、排気は冷却することで、容量型の内燃機関である往復動機関５に高圧で低温の条件で供給され、重量流量を増加して出力を向上させることができる。
【０１２３】
上記構成の複合発電設備では、圧縮機１及び燃料電池１１は一定の空気条件で作動させる。また、往復動機関５は燃料f2を制御して出力を変化させて使用し、ガスタービン２は燃料f3を変化させて入口温度を調節し、出力を変化させて使用する。往復動機関５及びガスタービン２は出力変動（負荷調整）に適しており、燃料電池１１は一定出力の運用に適している。
【０１２４】
燃料電池１１は起動が遅く、一定出力の安定運用が求められているので、図８に示すように、圧縮機１の出力を含め有効出力が低い領域（第１の発電出力域）で燃料電池１１の出力を使用する。
【０１２５】
そして、往復動機関５及びガスタービン２は、燃料の供給を制御することにより負荷変動に即応できるので、燃料電池１１の有効出力を越える部分の要求電力（第２の発電出力域）に対して往復動機関５の出力を追加使用し、更に高い要求電力（第３の発電出力域）に対してガスタービン２の出力を追加使用する。
【０１２６】
従って、広範囲の要求電力に対して負荷変動に即応できる状態で複合発電設備を運用することが可能になり、電力需要の変化にも容易に対応することができる。
【０１２７】
尚、往復動機関５とガスタービン２を使用する順番を逆にして、ガスタービン２の出力を追加使用した後に往復動機関５の出力を追加使用する運用とすることも可能である。往復動機関５は、実施例に示したガスエンジン以外に、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等全般を含む。つまり、往復駆動機関と発電システムの燃料は同一の場合も、各々異なる場合もある。
【０１２８】
〈第２実施例〉
図９には本発明の第２実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図９に示した第２実施例は図５に示した実施形態例を具体化したものである。このため、図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１２９】
圧縮機１の出口側の流路と燃焼器１３の入口側の流路が第１バイパス路１６で連通し、圧縮機１の出口側における第１バイパス路１６の後流側と燃料電池１１の出口側の流路が第２バイパス路１７で連通し、更に、燃料電池１１の出口側における第２バイパス路１７の後流側と燃焼器１３の入口側の流路が第３バイパス路１８で連通している。第１バイパス路１６、第２バイパス路１７及び第３バイパス路１８は、それぞれ流路が開閉制御されるようになっている。
【０１３０】
上記構成の複合発電設備では、起動時には第１バイパス路１６のみを用いてガスタービン２を駆動し、その後第２バイパス路１７のみを用いてガスタービン２と往復動機関５を駆動する。ガスタービン２が安定した後第１バイパス路１６及び第２バイパス路１７及び第３バイパス路１８を閉止して燃料電池１１を駆動する。一方、往復動機関５の停止時には第３バイパス路１８のみを用いてガスタービン２と燃料電池１１を駆動し、更に燃料電池１１の停止時には第２バイパス路１７の開閉状況を調整し、ガスタービン設備４を安全に運用する。
【０１３１】
〈第３実施例〉
図１０には本発明の第３実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１０に示した第３実施例は図５に示した実施形態例を具体化したものであり、図９に示した第２実施例の応用例である。このため、図５及び図９に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１３２】
第３実施例の複合発電設備は、図９に示した第２実施例の複合発電設備に対して、燃料電池１１と往復動機関５を並列に配置したものである。そして、第１バイパス路１６は燃料電池バイパス路（第２バイパス路１７）でもある。
【０１３３】
上記構成の複合発電設備では、圧縮機１で圧縮された圧縮空気を燃料電池１１と往復動機関５で分担して使用しているので、燃料電池１１の排気の影響を受けることなく往復動機関５を運用することができる。ガスタービン２の入口温度は燃焼器１３への燃料f1により調整する。
【０１３４】
〈第４実施例〉
図１１には本発明の第４実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１１に示した第４実施例は図１０に示した第３実施例の燃料電池１１を具体的に示したたものである。このため、図１０に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１３５】
燃料電池１１は、燃料電池部１９と燃料電池部１９からの排気を加熱源とする加熱器２０とで構成されている。燃料電池部１９に供給される作動用の燃料f3は加熱器２０で燃料電池部１９の燃料極１９ａからの排気により加熱され、加熱器２０で熱回収された燃料極１９ａからの排気は燃焼器１３に供給される。燃料電池部１９に供給される圧縮機１からの作動用の圧縮空気は加熱器２０で燃料電池部１９の空気極１９ｂからの排気により加熱され、加熱器２０で熱回収された空気極１９ｂからの排気は燃焼器１３に供給される。
【０１３６】
上記構成の複合発電設備では、圧縮機１で圧縮された圧縮空気を燃料電池１１と往復動機関５で分担して使用しているので、燃料電池１１の排気の影響を受けることなく往復動機関５を運用することができる。
【０１３７】
尚、図に点線で示すように、燃料電池１１に供給される燃料f3を冷熱源として往復動機関５に供給される圧縮空気を冷却する熱交換器２１を設けることも可能である。
【０１３８】
〈第５実施例〉
図１２には本発明の第５実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１２に示した第５実施例は図９に示した第２実施例の燃料電池１１と往復動機関５の配置を変更したものである。このため、図９に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１３９】
第５実施例の複合発電設備は、図９に示した第２実施例の複合発電設備に対し、燃料電池１１と往復動機関５の上流、下流の関係が逆に配設されている。即ち、圧縮機１で圧縮された圧縮空気が往復動機関５に供給され、往復動機関５の高温ガスが燃料電池１１に供給される。尚、圧縮空気を冷却する熱交換器２１を設け低温の圧縮空気を往復動機関５に供給することも可能である。
【０１４０】
上記構成の複合発電設備は、ガスタービン２の直前に燃料電池１１が配置されているため、燃料電池１１で反応を終えた高温の排気をガスタービン２に供給することができる。ガスタービン２の入口温度は、燃焼器１３の燃料f1を調節することで制御する。燃焼器１３はガスタービン２の起動時には常に使用し、定格運転では、所望の入口温度を得る条件が成り立つ場合には燃焼器１３は使用せず、条件が成り立たない場合に使用する。
【０１４１】
〈第６実施例〉
図１３には本発明の第６実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１２に示した第５実施例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１４２】
図１２に示した第６実施形態例の複合発電設備は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の全量を往復動機関５側及び燃料電池１１側に供給する構成であったが、図１３に示した第６実施例の複合発電設備は、圧縮空気の一部を往復動機関５及び下流の燃料電池１１に供給する構成となっている。
【０１４３】
即ち、圧縮機１とガスタービン２の間には往復動機関５及び直列下流の燃料電池１１と並列に燃焼器２２が備えられ、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の一部が往復動機関５側及び燃料電池１１側に供給され、残りが燃焼器２２に供給される。燃焼器２２では燃料f1が圧縮空気で燃焼され、燃焼ガスはガスタービン２に供給される。
【０１４４】
従って、容量や台数等の往復動機関５の規模や、燃料電池１１の形式に応じて最適な流量の圧縮空気を往復動機関５及び燃料電池１１に供給することができる。
【０１４５】
〈第７実施例〉
図１４には本発明の第７実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１４に示した第７実施例は図１２に示した第６実施例の燃料電池１１を具体的にしたものである。このため、図１２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１４６】
燃料電池１１は、往復動機関５からの高温排気が空気極に供給されると共に、燃料f3が燃料極に供給される燃料電池部２５を備えている。また、燃料電池１１は、燃料電池部２５からの排気を加熱源とする空気加熱器２６及び燃料加熱器２７を備えている。
【０１４７】
燃料電池部２５に供給される往復動機関５からの高温排気は、空気加熱器２６で燃料電池部２５の空気極からの排気により加熱される。燃料電池部２５に供給される燃料f3は燃料加熱器２７で燃料電池部２５の燃料極からの排気により加熱される。空気加熱器２６で熱回収された空気極からの排気及び燃料加熱器２７で熱回収された燃料極からの排気は燃焼器１３に供給される。
【０１４８】
上記構成の複合発電設備では、往復動機関５の高温排気が燃料電池１１の作動温度に達していないときは、燃料電池部２５の空気極からの排気から熱回収して昇温させて空気極に供給する。燃料f3も同様に燃料電池部２５の排気により所定値まで昇温する。ガスタービン２の入口側の温度を所定値にするためには、必要に応じて燃焼器１３で燃料f1を燃焼させる。
【０１４９】
尚、図に点線で示すように、燃料電池１１に供給される燃料f3を冷却流体として往復動機関５に供給される圧縮空気を冷却する熱交換器２１を設けることも可能である。
【０１５０】
〈第８実施例〉
図１５には本発明の第８実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１２に示した第６実施例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１５１】
図１５に示した第８実施形態例の複合発電設備は、図１２に示した複合発電設備における燃料電池１１を変動運用にために使用し（第２の燃料電池）、圧縮機１で圧縮された圧縮空気及び燃料f3が供給され圧縮空気中の酸素と燃料f3を電気化学反応させて発電を行なう燃料電池２９を備えている。燃料電池２９からの排気が往復動機関５に供給される。燃料電池１１は高温の排気をガスタービン２に供給するために使用され、燃料電池２９は安定運用のために使用される。
【０１５２】
そして、第１バイパス路１６及び第３バイパス路１８と共に、燃料電池１１及び燃料電池２９をそれぞれバイパスする第２バイパス路３１，３２が設けられている。尚、図中の符号で３０は直交変換器である。
【０１５３】
尚、往復動機関５に供給される燃料電池１１の排気を冷却する熱交換器２１を設けることも可能である。
【０１５４】
上記構成の複合発電設備は、燃料電池１１，２９が往復動機関５を挟んで多段に設けられ、排気中の酸素濃度が高いときには後側の燃料電池１１で酸素を消費する。
【０１５５】
〈第９実施例〉
図１６には本発明の第９実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１６に示した第９実施例は図２に示した第２実施形態例の複合発電設備の具体例を示してある。このため、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１５６】
圧縮機１で圧縮された圧縮空気を途中段から抽気し、往復動機関５に供給する。そして、往復動機関５の高温の排気は、供給路３５によってガスタービン２の対応圧力段（途中段）に供給してその後流のタービン段落で出力に変換する。
【０１５７】
往復動機関５の吸気に近い条件（温度・圧力）を圧縮機１の途中段の抽気にて確保する。また、往復動機関５の圧力に近いガスタービン２の段落（途中段）に往復動機関５の排気を投入して出力を回収する。これにより、大型のガスタービン２と小型の往復動機関５を組み合わせることが可能になる。
【０１５８】
つまり、圧縮機１の最後段の吐出空気の圧力が往復動機関５の空気圧力と整合しないとき、圧縮機１の途中段の圧力で整合させて、設計計画の自由度を向上させることができる。また、往復動機関５に整合する小型・低圧の専用の圧縮機を用いるときに比べて、大型の圧縮機１で効率よく空気が圧縮でき、この結果、少ない出力で圧縮空気を得ることができる。また、ガスタービン２を起動し安定してから往復動機関５を起動する順次運転が可能である。これは、燃焼器９の入口に往復動機関５の排気を供給していないことによって可能になっている。
【０１５９】
尚、燃焼器９に代えて燃料電池を適用することも可能である。
【０１６０】
〈第１０実施例〉
図１７には本発明の第１０実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１７に示した第１０実施例は図１６に示した第９実施例を一部変更した実施例を示してある。このため、図１６に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１６１】
第１０実施例の複合発電設備は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気の一部が途中段から抽気され、往復動機関５に供給される。そして、往復動機関５から排出される高温の排気は、補助ガスタービン３６に送られて膨張する。補助ガスタービン３６には発電機３７が連結されている。補助ガスタービン３６で膨張して出力が回収されたのち、その排気は同じ作動条件のガスタービン２の排気と合流する。従って、この場合は既存のガスタービン２を改造する必要がない。
【０１６２】
尚、燃焼器９に代えて燃料電池を適用することも可能である。
【０１６３】
〈第１１実施例〉
図１８には本発明の第１１実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１８に示した第１１実施例は図１７に示した第１０実施例を一部変更した実施例を示してある。このため、図１７に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１６４】
第１１実施例の複合発電設備は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気が途中段から抽気され、抽気された圧縮空気が往復動機関５に供給される。そして、往復動機関５から排出される高温の排気は、補助ガスタービン３６に送られて膨張する。補助ガスタービン３６には発電機３７が連結されている。補助ガスタービン３６で膨張したあとの排気は第１排熱回収ボイラ３８で熱回収されて蒸気を発生させる。
【０１６５】
一方、往復動機関５側に抽気される圧縮空気とは別に圧縮空気が途中段から抽気され、抽気された圧縮空気が燃料電池１１に供給される。燃料電池１１と往復動機関５側の抽気部の圧力の大小は本実施例では自由である。燃料電池１１からの排気は、燃料電池補助ガスタービン３９に送られて膨張する。燃料電池補助ガスタービン３９には発電機４０が連結されている。燃料電池補助ガスタービン３９で膨張した排気は第２排熱回収ボイラ４１で熱回収されて蒸気を発生させる。
【０１６６】
そして、第１排熱回収ボイラ３８で熱回収された排気（Ｂ）及び第２排熱回収ボイラ４１で熱回収された排気（Ａ）は排熱回収ボイラ８の出口部で合流する。排熱回収ボイラ（及び脱硝装置）が複数必要になるが、蒸気系統をそれぞれに最適化して用いることができる。
【０１６７】
第１１実施例の複合発電設備では、往復動機関５で作動する補助ガスタービン３６とその排熱回収を行なう第１排熱回収ボイラ３８がガスタービン２の系統と独立して設けられている。更に、所定の抽気の圧力で作動する燃料電池１１と燃料電池補助ガスタービン３８とその排熱回収を行なう第２排熱回収ボイラ４１がガスタービン２の系統と独立して設けられている。往復動機関５及び燃料電池１１の系統は、圧縮気１以降の機器は並列となっている。このように、タービン部の干渉が排除されているため、ガスタービン２と往復動機関５及び燃料電池１１の順次運転が更に行ないやすくなっている。
【０１６８】
尚、第１排熱回収ボイラ３８及び第２排熱回収ボイラ４１を設けずに、補助ガスタービン３６及び燃料電池補助ガスタービン３８の排気を排熱回収ボイラ８の入口部で合流させることも可能である。この場合、蒸気発生・排ガス処理（脱硝装置）の系統が共用できる分、設計・運用を統一して扱える。
【０１６９】
〈第１２実施例〉
図１９には本発明の第１２実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図１９に示した第１２実施例は図１８に示した第１１実施例に対し燃料及び圧縮空気を蒸気により加熱する蒸気熱交換器を設けた実施例を示してある。このため、図１８に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１７０】
排熱回収ボイラ８及び第１排熱回収ボイラ３８及び第２排熱回収ボイラ４１で発生した蒸気ｓを加熱源とする蒸気熱交換器４５が備えられている。また、排熱回収ボイラ８で発生した蒸気ｓにより駆動される蒸気タービン４６が備えられ、蒸気タービン４６には発電機４７が連結している。蒸気タービン４６の排出蒸気は復水器４８で復水され給水ポンプ４８により排熱回収ボイラ８に給水される。
【０１７１】
蒸気加熱器４５では、蒸気ｓにより燃焼器９に供給される燃料f1、f2、f3が加熱されると共に、圧縮器１から抽気される圧縮空気のうち燃料電池１１に供給される圧縮空気a2が加熱される。また、圧縮機１から抽気される圧縮空気のうち往復動機関５に供給される圧縮空気a1が蒸気加熱器４５において燃料f1、f2、f3の予熱に使用され自らは冷却される。蒸気加熱器４５では蒸気ｓが冷やされて流体ω（復水として熱回収）となり、排熱回収ボイラ８及び第１排熱回収ボイラ３８及び第２排熱回収ボイラ４１に供給される。
【０１７２】
尚、蒸気加熱器４５での熱回収が蒸気の顕熱を利用する条件であれば流体ωは蒸気であるので蒸気タービン４６の対応する圧力段に供給される。
【０１７３】
第１２実施例の複合発電設備では、燃料f1、f2、f3及び抽気された圧縮空気a2の加熱を行なうにあたり、排熱回収ボイラ８で発生した蒸気ｓを用いる。これにより、ガスタービン２の起動をまず行なって往復動機関５と燃料電池１１に供給する燃料及び空気を所定の作動条件（温度）にする。つまり、ガスタービン２をまず立ち上げたのち、往復動機関５及び燃料電池１１の順次運用の操作性が更に向上する。
【０１７４】
往復動機関５及び燃料電池１１がそれぞれ単独に安定運転に入って以降は、自らの第１排熱回収ボイラ３８及び第２排熱回収ボイラ３８からの蒸気ｓを蒸気加熱器４５に送ってそれぞれの加熱にあてる。圧縮空気a2の加熱において、高温に仕上げる必要が有る場合には燃料電池１１や往復動機関５の排気により加熱する（熱交換器５０）。
【０１７５】
〈第１３実施例〉
図２０には本発明の第１３実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２０に示した第１３実施例は図１６に示した第９実施例に対し往復動機関の排気を燃焼器に供給する実施例を示してある。このため、図１６に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１７６】
往復動機関は、ピストンの往復動により排気を排出する。従って、ピストンの径やストローク、排気弁の開弁タイミング等を任意に設計することにより、吸入空気の圧力に対して所定の高圧の排気を排出することができる。例えば、排気時における排気弁の開弁タイミングを遅らせるとそのストロークのpV線図上の高圧の排気を排出することができる。
【０１７７】
本実施例の往復動機関５１は、低圧の圧縮空気（例えば、２〜３kg/cm2）を吸入して高圧の排気（例えば、１０〜１５kg/cm2）を排出するように構成されている。圧縮機１で圧縮された圧縮空気が途中段から抽気され、圧縮空気の一部が往復動機関５１に供給される。往復動機関５１からの高圧の高温排気は供給路５２にて燃焼器９に供給され、燃焼器９の燃焼ガスがガスタービン２を作動させる。
【０１７８】
上記構成の複合発電設備は、圧縮機１からの少量の抽気（途中段から抽気された空気）で作動する往復動機関５１を備え、往復動機関５１の高圧排気能力を活用している。即ち、低圧吸気・高圧排気により往復動機関５１を作動させ、高圧のガスタービン２と複合している（圧縮機１の最終段〜燃焼器９の入口の間で投入）。
【０１７９】
往復動機関５１の膨張行程では、爆発圧力から圧縮機１の吐出圧力の間での膨張を行なう。往復動機関５１の圧縮行程と膨張行程は断熱変化に近いために効率よく高圧の排気を生成できる。このため、圧縮機１の途中段からの抽気を所定の高圧の高温ガスとしてガスタービン２側に供給することができる。そのとき、往復動機関５１の高温ガスは高温であるため、燃焼器９に供給する燃料f1を節約することができる。
【０１８０】
このため、ガスタービン１の効率が大幅に向上する。
【０１８１】
尚、往復動機関５１の排気をガスタービン２の入口部に直接供給することも可能である。
【０１８２】
〈第１４実施例〉
図２１には本発明の第１４実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２１に示した第１４実施例は図２０に示した第１３実施例に対し低昇圧の圧縮機から往復動機関に空気を供給する実施例を示してある。このため、図２０に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１８３】
本実施例の往復動機関５１は、低圧の圧縮空気（例えば、２〜３kg/cm2）を吸入して高圧の排気（例えば、１０〜１５kg/cm2）を排出するように構成されている。昇圧幅が小さい少量吐出の低圧圧縮機５５が備えられ、低圧圧縮機５５で圧縮された低圧の圧縮空気が往復動機関５１に供給される。往復動機関５１からは高圧で高温の排気が排出され、高温の排気は供給路５２から燃焼器９に供給され、燃焼器９からの燃焼ガス（高圧流体）がガスタービン２で膨張する。
【０１８４】
尚、図示例は、低圧圧縮機５５をガスタービン２と同軸に連結した構成となっているが、独立したモータ等で低圧圧縮機５５をガスタービン２とは別に駆動することも可能である。
【０１８５】
往復動機関５１の圧縮行程と膨張行程は断熱変化に近いために効率よく高圧の排気を生成できる。このため、昇圧幅が小さい少量吐出の圧縮機５５からの圧縮空気を所定の高圧の高温ガスとしてガスタービン２側に供給することができ、圧縮出力を小さくすることができる。そのとき、往復動機関５１の高温ガスは高温であるため、燃焼器９に供給する燃料f1を節約することができる。
【０１８６】
このため、ガスタービン２の効率が大幅に向上する。
【０１８７】
尚、往復動機関５１の排気をガスタービン２の入口部に直接供給することも可能である。
【０１８８】
図２０で示した複合発電設備は、圧縮機１、燃焼器９及びガスタービン２によりガスタービン系が構成され、図２１で示した複合発電設備は、往復動機関５１及び圧縮機５５で往復動機関系が構成された状態になっている。
【０１８９】
〈第１５実施例〉
図２２には本発明の第１５実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２２に示した第１５実施例は図２１に示した第１４実施例に対し往復動機関の上流側に図１４で示した燃料電池を付設した実施例を示してある。このため、図２２及び図１４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１９０】
昇圧幅が小さい少量吐出の低圧圧縮機５５はモータ５６によりガスタービン２とは独立して駆動される。燃料電池１１は、低圧圧縮機５５で圧縮された低圧の圧縮空気が空気極側に供給されると共に、燃料f3が燃料極に供給される燃料電池部２５を備えている。また、燃料電池１１は、燃料電池部２５からの排気を加熱源とする空気加熱器２６及び燃料加熱器２７を備えている。燃料電池部２５の空気極側からの排気は空気加熱器２６を通って往復動機関５１に供給される。燃料電池部２５の燃料極側からの排気は燃料加熱器２７を通って燃焼器９に供給される。
【０１９１】
燃料電池部２５の空気極側からの排気により往復動機関５１で仕事を行い、往復動機関５１からは高圧の高温ガスを排出する。往復動機関５１の高温ガスは供給路５２から燃焼器９に供給され、燃焼器９からの燃焼ガス（高圧流体）がガスタービン２で膨張する。
【０１９２】
尚、低圧圧縮機５５をガスタービン２と同軸状態に連結して一軸構成とすることも可能である。
【０１９３】
上記構成の複合発電設備では、低圧圧縮機５５からの低圧（例えば、２〜３kg/cm2）の空気により燃料電池１１を作動させる。燃料電池１１の排気は空気加熱器２６で充分に熱回収して（必要であれば空気冷却器７で冷却して）低温にして往復動機関５１に供給する。往復動機関５１の排気の圧力は、ガスタービン２の作動圧力（例えば、１０〜２０kg/cm2）に見合った圧力に昇圧される。低圧作動の燃料電池１１から高圧作動のガスタービン２の間に往復動機関５１を配置してガスタービン２の作動圧力への断熱圧縮が行なえる。
【０１９４】
本実施例の複合発電設備は、現状利用可能な機器により構成されている。往復動機関５１の断熱圧縮によりガスタービン２に対する通常の圧縮機が不要になり、通常の圧縮機よりも圧縮出力が小さい低圧圧縮機５５が適用可能となっている。この分発電出力が増加し、プラント効率を向上させることができる。
【０１９５】
〈第１６実施例〉
図２３には本発明の第１６実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２３に示した第１６実施例は図２１に示した第１４実施例に対しガスタービンの翼冷却手段につながる翼冷却路及び図１９に示した蒸気タービン系を付設した実施例を示してある。このため、図２１及び図１９に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０１９６】
往復動機関５１の排気を燃焼器９に供給する供給路５２から分岐してガスタービン２の翼冷却手段５８につながる翼冷却路５９が設けられている。翼冷却路５９には燃料予熱器６０が設けられている。燃料予熱器６０では燃焼器９に供給される燃料f1が予熱される。燃料予熱器６０の上流側における翼冷却路５９には再熱ボイラ６１が設けられている。低圧圧縮機５５から往復動機関５１に供給される空気は空気冷却器７で冷却される。
【０１９７】
往復動機関５１の排気は高温・高圧のままで供給路５２から燃焼器９に供給される。排熱回収ボイラ８で発生した主蒸気は再熱ボイラ６１で再熱され、翼冷却路５９に供給される往復動機関５１の排気が冷却される。復水器４８で復水された給水は排熱回収ボイラ８に供給されると共に、一部が分岐して空気冷却器７の冷熱源とされて給水加熱（もしくは蒸発）される。そして、再熱ボイラ６１に送られて過熱・再熱され蒸気タービン４６に供給される。
【０１９８】
尚、空気冷却器７から再熱ボイラ６１、蒸気タービン４６に至る流路は蒸気系統で図示して説明してある。蒸気に代えて別の流体を用いてもこの構成は可能である。
【０１９９】
往復動機関５１から排出された排気は、再熱ボイラ６１で熱回収された後に燃料予熱器６０で燃料加熱（熱回収）を行い、翼冷却用の流体として翼冷却ライン５８に供給される。
【０２００】
往復動機関５１の排気により再熱ボイラ６１で主蒸気の再熱を行なうことで、往復動機関５１の排気の回収熱を蒸気タービン４８の出力に有効に転換することができる。また、燃料予熱器６０で燃料加熱を行なうことで燃料f1を節約することができる。
【０２０１】
これにより、ガスタービン２の効率が大幅に向上し、効率向上及び出力向上を図ることができる。
【０２０２】
〈第１７実施例〉
図２４には本発明の第１７実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２４に示した第１７実施例はターボチャージャ付の往復動機関とガスタービンを組み合わせた実施例を示してある。このため、ガスタービン系の部材には図２３と同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２０３】
燃焼器９からの燃焼ガスが供給され高圧燃焼ガスを膨張して出力を得ることで発電を行なうガスタービン２が備えられている。燃焼器９には燃料予熱器６０で予熱された燃料f1
【０２０４】
ターボチャージ圧縮機６３及びターボチャージタービン６４を備え、ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気が燃料と共に往復動機関に供給されて、高温ガスをターボチャージタービン６４で膨張させて排気するターボチャージャ付の往復動機関６５が備えられている。往復動機関６５は複数台（図示例では３台）備えられ、それぞれの往復動機関６５に発電機６が連結されている。それぞれのターボチャージタービン６４で膨張された高温ガスはガスタービン系の供給路５２に合流され、燃焼器９に供給されると共に一部が分岐して翼冷却路５９から再熱ボイラ６１及び燃料予熱器６０を通して翼冷却ライン５８に供給される。
【０２０５】
尚、それぞれの往復動機関６５の入口側に必要に応じて吸気冷却手段６２を備える。
【０２０６】
それぞれのターボチャージタービン６４を高圧作動・低膨張比で運転し、それぞれのターボチャージ圧縮機６３をバランスさせると共に、ターボチャージタービン６４の出口の排気は高圧作動のガスタービン２へ供給する。複数台の往復動機関６５を設けて大型のガスタービン２と流量をバランスさせ、圧縮機を省略する。燃料予熱器６０により燃料f1を予熱すると共に往復動機関６５の高温ガスにより、大型ガスタービン２を高温流入ガスで運転するときの燃料節約を達成する。
【０２０７】
〈第１８実施例〉
図２５には本発明の第１８実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２５に示した第１８実施例は図２４に示したターボチャージャ付の往復動機関と、図１１に示した燃料電池系と、ガスタービン２とを組み合わせた実施例を示してある。このため、図２４に示した部材及び図１１に示した燃料電池系の部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２０８】
往復動機関系では、ターボチャージ圧縮機６３及びターボチャージタービン６４を備え、ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気が燃料と共に供給されたのち高温ガスをターボチャージタービン６４で膨張させて排気する。
【０２０９】
燃料電池系の燃料電池１１は、燃料電池部１９と燃料電池部１９からの排気を加熱源とする加熱器２０とで構成されている。燃料電池部１９に供給される作動用の燃料f3は加熱器２０で燃料電池部１９の燃料極からの排気により加熱され、加熱器２０で熱回収された燃料極からの排気は燃焼器９に供給される。
【０２１０】
往復動機関６５は、ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気が燃料と共に供給されその排気である高温ガスをターボチャージタービン６４で膨張させて燃焼器９に供給する。ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気の一部が加熱器２０で加熱されて燃料電池部１９に供給される。燃料電池部１９からの空気極及び燃料極からの排気は加熱器２０で熱回収されて燃焼器９に供給される。燃焼器９からの燃焼ガスはガスタービン２で膨張される。
【０２１１】
つまり、ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気により往復動機関６５と燃料電池１１の作動用の空気が賄われている。ガスタービン２の入口圧力は低圧である。
【０２１２】
往復動機関６５の吸気冷却手段６２の冷却流体を燃料電池１１に供給される燃料f3とすることで、燃料f3の加熱器２０への入口温度を高めることができ、加熱器２０の排気温度を高めに保持して燃焼器９に供給することができる。燃料電池１１の作動用の空気をターボチャージ圧縮機６３から供給しているので、専用の圧縮機が不要になる。このため、燃料電池系及びガスタービン系が高出力・高効率となる。
【０２１３】
〈第１９実施例〉
図２６には本発明の第１９実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２６に示した第１９実施例は図２５に示した複合発電設備に対し、往復動機関の仕様が異なり、更に、ガスタービン系が低圧ガスタービンと高圧ガスタービンとで構成された実施例を示してある。このため、図２５に示した部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２１４】
往復動機関６５では、ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気が燃料と共に供給され、高温排気をターボチャージタービン６４で膨張させて燃焼器９に供給する。ターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気の一部が燃料電池系の加熱器２０で加熱されて燃料電池部１９に供給される。燃料電池部１９からの空気極及び燃料極からの排気は加熱器２０で熱回収されて燃料電池系燃焼器６６に供給される。
【０２１５】
往復動機関６５は、低圧の吸入空気を高温・高圧の排気とする仕様（図２０で示した実施例参照）で用い、往復動機関６５の高温排気はターボチャージタービン６４で膨張されて供給路７０からガスタービン系の燃焼器９に供給される。燃焼器９からの燃焼ガスが供給されて高圧燃焼ガスを膨張する高圧ガスタービン６８が備えられ、高圧ガスタービン６８と同軸状に低圧ガスタービン６９が備えられている。燃料電池系燃焼器６６からの燃焼ガスは低圧ガスタービン６９に供給される。
【０２１６】
一方、供給路７０から分岐して翼冷却路７１が設けられ、ターボチャージタービン６４で膨張された高圧燃焼ガスは、燃料予熱器７２，７３で熱回収された後翼冷却手段７４，７５に供給される。燃料予熱器７２，７３での冷却媒体は燃料f1,f3 のいずれも適用することができる。往復動機関系のターボチャージ圧縮機６３から燃料電池系に低圧の給気を行い、往復動機関系のターボチャージタービン６４からの高圧の排気で高圧ガスタービン６８を作動させる。更に、燃料電池系の低圧の排気で低圧ガスタービン６９を作動させる。
【０２１７】
吸気冷却手段６２の冷却媒体は燃料f1,f3いずれとしてもよい。ターボチャージタービン６４の排気が翼冷却流体より高温の場合は、燃料予熱器７２，７３で燃料を加熱して燃料の節約を行なう。燃料予熱器７２，７３で冷却（熱回収）された排気は翼冷却ライン７４，７５に投入される。往復動機関系の高圧の排気によって高圧ガスタービン６８を作動させるが、必要に応じて燃焼器９に燃料f1を供給する。燃料電池系の低圧の排気は高圧ガスタービン６８の排気と共に低圧ガスタービン６９を作動させる。
【０２１８】
図２５で示した実施例に加え、往復動機関系の高圧の排気により高圧ガスタービン６８を作動させるので、ガスタービン用の圧縮機を省略することができる。
【０２１９】
〈第２０実施例〉
図２７には本発明の第２０実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２７に示した第２０実施例は図２５に示した複合発電設備に対し、往復動機関側の排気を燃料電池系に供給する実施例を示してある。このため、図２５に示した部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２２０】
図２５に示した実施例では、ターボチャージ圧縮機６３で圧縮された圧縮空気の一部を燃料電池１１の加熱器２０に供給したが、本実施例では、ターボチャージタービン６４で膨張された高温ガスを加熱器２０に供給している。そして、ターボチャージタービン６４の出口部から分岐して翼冷却路４９が設けられ、翼冷却路４９には燃料予熱器５０が設けられている。燃料予熱器５０で熱回収された高温ガスは翼冷却ライン５８に供給される。
【０２２１】
燃料電池系を作動させる圧力に対応して往復動機関系の排気（ターボチャージタービン６４の排気）の圧力を設定する。往復動機関６５の排気は高温（例えば、６００℃）であるため、加熱器２０に高温の排気を供給することができる。燃料電池系の排気でガスタービン２を作動させる。このとき、加熱器２０の加熱流体の温度は高温に保持されているためガスタービン２の入口温度を高くできる。ガスタービン２の入口温度が高温でタービン翼やロータの冷却が必要なときは燃料予熱器５０で冷却した排気を翼冷却ラインを供給する。燃料電池系の燃料f3は吸気冷却手段６２、燃料予熱器５０、加熱器２０の順で徐々に昇温する。
【０２２２】
往復動機関６５、燃料電池１１、ガスタービン２を直列配置としたことで、ターボチャージ圧縮機６３で昇圧した空気中の酸素を使用しつくす。このため、発電出力に対する圧縮出力が相対的に小さくなり、発電出力・発電効率を高くすることができる。
【０２２３】
〈第２１実施例〉
図２８には本発明の第２１実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２８に示した第２１実施例は循環流体により作動する閉サイクルのガスタービンと往復動機関とを組み合わせた実施例を示してある。
【０２２４】
CO2とH2Oの混合気の循環流体を圧縮する圧縮機８１が備えられ、圧縮機８１で圧縮された流体が燃料f2及び純酸素(O2)と共に供給される。
往復動機関８３に供給される圧縮流体は予冷熱交換器８２で燃料を予熱することで冷却される。往復動機関８３には発電機８９が連結され、往復動機関８３は、圧縮流体と燃料f2及び純酸素(O2)の混合気で作動して発電を行なう。
【０２２５】
往復動機関８３の作動により仕事を終えた高温排気は燃焼器８４に供給され、また、燃焼器８４には純酸素(O2)が供給される。燃焼器８４からの燃焼ガスはガスタービン８５に供給される。ガスタービン８５には発電機８８が連結され、ガスタービン８５は燃焼器８４からの燃焼ガスを膨張することで出力を得て発電を行なう。
【０２２６】
ガスタービン８５の排気は排熱回収ボイラ８６に送られ、排熱回収ボイラ８６では、蒸気タービンプラント、温熱プラント、冷熱プラント等の蒸気利用システムからの給水で蒸気を発生させる。排熱回収ボイラ８６で熱回収されたあとの排気は循環ラインの予冷熱交換器８７で冷却されて圧縮機８１で供給される。予冷熱交換器８７の上流側ではシステム抽気ｃｘが行なわれ、系をマスバランスさせるときの余剰のCO2及びH2Oが回収される。
【０２２７】
上記構成の複合発電設備は、閉サイクルで排気無排出のガスタービン系に往復動機関８３をトッピングした構成となっている。このため、燃焼器８４には高温の高温ガスを供給することができ、ガスタービン８５の入口温度を一定温度に維持するための燃料供給量を節約することができ、効率向上を図ることができる。
【０２２８】
往復動機関８３の高温排気を燃焼器８４で燃焼させるため、往復動機関８３の燃焼で酸素が残存しても燃焼器８４で燃焼しつくすことができる。つまり、燃料と純酸素(O2)の供給割合を調節することにより、燃焼器８４で残存酸素がない状態に制御することができ、燃料を節約することができる。
【０２２９】
また、往復動機関８３の燃空比を中心に燃料と純酸素(O2)の供給割合が調整された結果、後流側の酸素に過不足が生じても、純酸素(O2)の追加供給もしくは燃焼器８４での残存酸素の燃焼により、酸素を燃焼しつくすことができる。つまり、予冷熱交換器８２の出口側の循環流体に純酸素(O2)を予混合し、その後往復動機関８３の入口で燃料を更に予混合する。燃料と純酸素(O2)の流量割合を任意に設定することが可能で、燃料リッチから純酸素(O2)リッチまで広範囲の燃空比に設定することができる。
【０２３０】
〈第２２実施例〉
図２９には本発明の第２２実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図２９に示した第２２実施例は図２８に示した第２１実施例に係る複合発電設備において往復動機関とガスタービンの単独運転を可能にした実施例を示してある。このため、図２８に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２３１】
圧縮機８１で圧縮された循環流体を燃焼器８４の入口側にバイパスさせる流体バイパスライン９１が備えられ、ガスタービン８５だけを作動させる場合に流体バイパスライン９１から燃焼器８４に圧縮流体を供給する。また、圧縮機８１の入口側の循環ラインの循環流体を往復動機関８３の圧縮流体の入口側にバイパスさせる循環流体バイパスライン９２が備えられると共に、往復動機関８３の高温ガスをガスタービン８５の出口側にバイパスさせる高温ガスバイパスライン９３が備えられている。
【０２３２】
上記構成の複合発電設備は、ガスタービン８５と往復動機関８３は一体として起動・停止することを基本としている。
【０２３３】
ガスタービン８５を単独で運転する場合、流体バイパス路９１を用いて圧縮機８１からの圧縮流体を燃焼器８４に供給して往復動機関８３への圧縮流体の供給を停止する。これにより、圧縮機８１、燃焼器８４、ガスタービン８５からなるタービンを起動した後に往復動機関８３を運転することが可能になる。逆に、往復動機関８３を先に停止してガスタービン８５を停止することも可能になる。従って、シリーズ運用が可能になる。
【０２３４】
往復動機関８３を単独で運転する場合、循環流体バイパスライン９２及び高温ガスバイパスライン９３を用いて圧縮機８１及びガスタービン８５の系統をバイパスさせて循環流体を循環させる。これにより、往復動機関８３を低圧吸気・低圧排気で運用することができる。
【０２３５】
これにより、ガスタービン８５もしくは往復動機関８３の一方が緊急停止した場合でも、他方側の運転でシステムを安全に停止することができる。また、ガスタービン及び往復動機関のシーケンシャル起動（停止）でシステムを運用することができる。
【０２３６】
〈第２３実施例〉
図３０には本発明の第２３実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３０に示した第２３実施例は図１３に示した第６実施例に係る複合発電設備を更に具体的にした実施例を示してある。このため、図１３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２３７】
図に示した複合発電設備は、圧縮機１及びガスタービン２を有し発電機３が連結されたガスタービン設備４と、圧縮機１で圧縮された圧縮空気を用いて高温ガスを生成する往復動機関５と、往復動機関５で生成された高温ガスの一部が空気極に供給されて高温ガスの酸素と燃料とを電気化学反応させて発電を行う燃料電池１１とが備えられている。
【０２３８】
往復動機関５には発電機６が連結され、燃料電池１１には直交変換器１２が連結されている。ガスタービン２の排気は排熱回収ボイラ８で熱回収されて大気に放出される。圧縮機１からの圧縮空気の一部は燃焼器２２で燃料と共に燃焼され、燃焼器２２の燃焼ガスはガスタービン２で膨張される。
【０２３９】
圧縮機１で圧縮された圧縮空気は空気冷却器としての熱交換器２１で冷却されて往復動機関５に送られる。往復動機関５で仕事を終えた高温排気e1は、一部の高温排気e11が燃料電池１１の空気極に供給され、残りの高温排気e12が燃焼器１３で燃料と共に燃焼されて燃焼ガスがガスタービン２で膨張される。尚、圧縮空気を燃焼させる燃焼器２２に高温排気e12を再投入する場合もある。
【０２４０】
燃料電池１１の排気により燃料電池１１の燃料極に供給される燃料f3を加熱する加熱器としての加熱器１０１が設けられ、加熱器１０１で熱回収された排気は後燃焼器１０２で燃焼ガスとされる。加熱器１０１で加熱される燃料f3は熱交換器２１で加熱された燃料が供給される。後置燃焼器１０２からの燃焼ガスは高温排気e12と共に燃焼器２２に送られて燃焼される。
【０２４１】
尚、燃料電池１１の燃料極に供給される燃料f3に排熱回収ボイラ８から改質用の蒸気wを供給することも可能である。
【０２４２】
図３０に示した複合発電設備は、燃料電池１１の作動温度（例えば、９５０℃）の往復動機関５からの高温排気e11を得て空気極に投入する。往復動機関５は高温・高圧シフト運用して所定の燃料電池１１の作動温度（例えば、９５０℃）の高温排気e1とする。これは、往復動機関５の燃空比を高めること等で実現可能である。
【０２４３】
燃料電池１１に供給する高温排気e11は往復動機関５で仕事を終えた高温排気e1の一部であり、燃料電池１１の容量を任意に決めてそれに見合った高温排気e11を投入する。燃料電池１１に供給する燃料f3は加熱器１０１で空気極側の排気及び燃料極側の排気から熱回収して所定の反応温度（例えば、SOFCの場合９５０℃）に加熱する。
【０２４４】
尚、燃焼器２２を使用しない非再燃のガスタービン設備でも可能である。また、往復動機関５で仕事を終えた高温排気e1の全量で燃料電池１１を作動させることも可能である。
【０２４５】
上述した複合発電設備では、燃料電池１１の後流に空気高温熱交換器が不要で、ガスタービン２に供給する燃料電池１１の排気（後燃焼器１０２の排気）を高温にできる。このため、燃焼器１３への追加燃料f1が少なくなり、システムの効率向上と機器やシステムの簡素化が図れてコストを低減することができる。
【０２４６】
〈第２４実施例〉
図３１には本発明の第２４実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３１に示した第２４実施例は、図３０と同様に、図１３に示した第６実施例に係る複合発電設備を更に具体的にした実施例を示してある。このため、図１３、図３０に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２４７】
図に示した複合発電設備は、図３０に示した第２３実施例に対し、空気冷却器として、燃料を加熱する燃料加熱器としての熱交換器２１に加えて、燃料電池１１の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とする改質水ボイラとしての熱交換器１０３を備えている。
【０２４８】
即ち、圧縮機１で圧縮された圧縮空気は空気冷却器としての熱交換器１０３及び熱交換器２１で冷却されて往復動機関５に送られる。熱交換器１０３では燃料電池１１の燃料極に供給される燃料の改質蒸気wとなる改質水sが送られ、熱交換器２１で加熱された燃料f3と改質蒸気wが混合器１０４で混合されて混合燃料f30とされる。混合燃料f30は燃料電池１１あるいは加熱器１０１で改質される。
【０２４９】
往復動機関５で仕事を終えた高温排気e1は全量が燃料電池１１の空気極に供給される。混合器１０４からの混合燃料f30は加熱器１０１で加熱され、燃料電池１１の燃料極に供給される。しかし、加熱器１０１で改質まで反応させてもよい。
【０２５０】
図に示した複合発電設備では、往復動機関５の入り口吸気の回収熱は燃料加熱と改質水の蒸発（加熱）に用いる。熱交換器１０３及び熱交換器２１と混合器１０４を配列して混合燃料f30を得て、燃料電池１１に供給される往復動機関５からの高温排気e11を燃料電池１１の作動温度（例えば、９５０℃）とする。
【０２５１】
圧縮機１から往復動機関５の間の回収熱量が多いときは、図３８に示すように、蒸気発生器HX5を挿入する。即ち、図３８には第２５実施例の変形例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。このため、図３１に示した部材と同一部材には同一符合を付して重複する説明は省略してある。
【０２５２】
圧縮機１と熱交換器１０３の間には蒸気発生器HX5が設けられ、蒸気発生器HX5で発生した蒸気は蒸気タービン２０１に送られる。蒸気タービン２０１の排出蒸気は復水器２０３で復水され、一部が蒸気発生器HX5に給水される。図示例では、図３１の設備に対して加熱器１０１が設けられておらず、後置燃焼器１０２の燃焼ガスが燃焼器１３に送られる通路に熱交換器３０１が設けられているがこの部分のシステムは図３１に応用可能である。混合器１０４からの混合燃料は熱交換器３０１で昇温されて混合燃料f30として燃料電池１１に供給される。
【０２５３】
尚、圧縮機１と熱交換器１０３の間に蒸気発生器HX5を設けた構成を示したが、蒸気発生器HX5の場所での熱利用は自由である。
【０２５４】
〈第２５実施例〉
図３２には本発明の第２５実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３２に示した第２５実施例は、圧縮機１からの圧縮空気を往復動機関５の供給空気とし、ガスタービン２の排気を燃料電池１１の空気極への供給空気としたものである。このため、図３０、図３１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２５５】
図に示した複合発電設備は、圧縮機１及びガスタービン２を有し発電機３が連結されたガスタービン設備４と、圧縮機１で圧縮された圧縮空気を用いて高温ガスを生成する往復動機関５と、ガスタービン２の排気が空気極に供給されて排気中の酸素と別途投入の燃料とを電気化学反応させて発電を行う燃料電池１１とが備えられている。
【０２５６】
往復動機関５には発電機６が連結され、燃料電池１１には直交変換器１２が連結されている。燃料電池１１の排気は排熱回収ボイラ８で熱回収されて大気に放出される。圧縮機１で圧縮された圧縮空気は空気冷却器としての熱交換器２１で冷却されて往復動機関５に送られる。往復動機関５で仕事を終えた高温排気は燃料系起動用熱交換器１０５及び空気系起動用熱交換器１０６で熱回収されてガスタービン２で膨張される。
【０２５７】
燃料電池１１の排気（空気極側の排気及び燃料極側の排気）は後置燃焼器１０２で燃焼され、燃焼ガスは加熱器１０１で熱回収される。加熱器１０１で熱回収された燃焼ガスは更に再生熱交換器１０７で熱回収されて排熱回収ボイラ８に送られる。
【０２５８】
ガスタービン２で膨張した排気は熱交換器２１で加熱されると共に再生熱交換器１０７で加熱され、更に、加熱器１０１で加熱されて燃料電池１１の空気極に供給される。燃料電池１１の燃料極には加熱器１０１で昇温された燃料が供給される。
【０２５９】
尚、動力バランス等でガスタービン２の動力を圧縮機１の駆動のために用いて発電機３を省略し、圧縮機１及びガスタービン２を往復動機関５の吸気を過給するターボチャージャとして構成する場合でもこのシステム構成は可能である。
【０２６０】
図示の複合発電設備は、ガスタービン２の排気で常圧の燃料電池１１を作動させる。圧縮機１の吐出空気を冷却する冷却媒体として燃料を併用することも可能であり、往復動機関５に供給する空気をより低温にすることができる。
【０２６１】
燃料系起動用熱交換器１０５及び空気系起動用熱交換器１０６は、起動時に燃料電池１１の作動用空気と作動用燃料を所定作動温度にするために用いる。燃料電池１１が安定状態になってから熱交換器２１、加熱器１０７及び加熱器１０１により作動流体（空気及び燃料）を所定温度にする。このとき、ガスタービン２の入り口で熱回収が行われないため、入り口温度が上昇することによってガスタービン設備の発電出力が向上する。
【０２６２】
上述した複合発電設備では、燃料電池１１の出口側の加熱器１０１，１０７での回収熱量が少なくてすむため、排熱回収ボイラ８の入り口温度が上昇し、発生蒸気量、つまり、蒸気タービン出力が向上する。
【０２６３】
〈第２６実施例〉
図３３には本発明の第２６実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３３に示した第２６実施例は、図２７に示した第２０実施例を具体的に構成したものであるため、図２７で示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。また、図３２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２６４】
往復動機関系は、ターボチャージ圧縮機６３及びターボチャージタービン６４を備え、往復動機関６５にはターボチャージ圧縮機６３からの圧縮空気が燃料と共に供給される。往復動機関６５の高温排気はターボチャージタービン６４で膨張する。
【０２６５】
燃料電池１１の排気（空気極側の排気及び燃料極側の排気）は後置燃焼器１０２で燃焼され、その燃焼ガスは加熱器１０１で熱回収される。加熱器１０１で熱回収された燃焼ガスは更に再生熱交換器１０７で熱回収されて排熱回収ボイラ８に送られる。
【０２６６】
ターボチャージタービン６４で膨張した排気は再生熱交換器１０７で加熱されると共に加熱器１０１で加熱され、燃料電池１１の空気極に供給される。燃料電池１１の燃料極に供給される燃料は混合器１０４で排熱回収ボイラ８からの蒸気が混合され、混合燃料は再生熱交換器１０７で加熱されると共に加熱器１０１で加熱され、燃料電池１１の燃料極に供給される。
【０２６７】
排熱回収ボイラ８で発生した蒸気は蒸気タービン１１１で動力回収されて発電機１１２で発電され、蒸気タービン１１１の排出蒸気は復水器１１３で復水されて排熱回収ボイラ８に再び給水される。
【０２６８】
図示の複合発電設備は、往復動機関６５に標準機を使用するシステムとなっている。往復動機関６５のターボチャージタービン６４の排気の全量を燃料電池１１の作動に使用する。往復動機関系と燃料電池系は排気で連結され、両者に熱的な連携は持たせていない。
【０２６９】
つまり、往復動機関６５を単独で起動し、起動時はターボチャージタービン６４の排気の全量を煙突から放出する。燃料電池１１を使用するときはターボチャージタービン６４の排気の全量を燃料電池１１側に切り換えて燃料電池１１の排気と再生熱交換器１０７で熱交換させる。燃料電池１１は常圧で運用する。ターボチャージタービン６４の排気の一部を燃料電池１１に供給し、残りの一部を煙突から放出する調整運用も可能である。
【０２７０】
上述した複合発電設備は、ターボチャージ圧縮機６３及びターボチャージタービン６４を備えた往復動機関６５がシステムから独立して構成され、ターボチャージタービン６４の排気も燃料電池１１の作動用空気に使用している。往復動機関系が独立しているので、運用制御が容易で、往復動機関系が安定してから燃料電池１１を立ち上げる等のシリーズ運転が可能である。
【０２７１】
〈第２７実施例〉
図３４には本発明の第２７実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３３に示した第２６実施例はターボチャージタービン６４の排気を燃料電池１１の作動用の空気としているが、図３４に示した第２７実施例は、ターボチャージタービン６４の吸気の一部を燃料電池１１の作動用の空気としている。このため、図３３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２７２】
往復動機関６５の高温排気の一部は再生熱交換器１０７で加熱されると共に加熱器１０１で加熱され、燃料電池１１の空気極に供給される。往復動機関６５の高温排気の残りの一部はターボチャージタービン６４で膨張させる。再生熱交換器１０７で熱回収された燃料電池１１の排気は膨張タービン１１４で膨張した後排熱回収ボイラ８に送られる。図中１１５は膨張タービン１１４に連結された発電機である。
【０２７３】
図示の複合発電設備は、往復動機関６５の排気が高温の場合のシステムで、例えば、高温・高圧シフト運転機、あるいは、標準機でも排気を直接高温で取り出す場合である。
【０２７４】
排気の全量をターボチャージタービン６４で膨張させると、発電出力が得られてしまうため一部分岐している。ターボチャージタービン６４の作動流体を無発電流体（ターボチャジャは成立）に抑制することもできるが、発電機を連結して発電を行ってもよい。余剰の作動流体で燃料電池１１を運用し、高温の流体を燃料電池１１に供給する。燃料電池１１は、例えば、２ataから３ata（ターボチャージタービン６４の作動圧力は２００kpaから３００kpa）で運用する。
【０２７５】
上述した複合発電設備は、燃料電池効率が常圧よりも高くタービン１１４の出力はターボチャージタービン６４よりも高温作動とできるため全量をターボチャージタービン６４で発電する場合に比べ、燃料電池１１とターボチャージタービン６４の合計を高出力とすることができる。
【０２７６】
〈第２８実施例〉
図３５には本発明の第２８実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３３に示した第２６実施例はターボチャージタービン６４の排気を燃料電池１１の作動用の空気としているが、図３５に示した第２８実施例は、圧縮機とガスタービンを用いて往復動機関６５の高温排気を燃料電池の作動用の空気とした構成となっている。このため、図３３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２７７】
往復動機関６５には圧縮機１２１で圧縮された圧縮空気が燃料と共に供給される。往復動機関６５の高温排気は再生熱交換器１０７、加熱器１０１で加熱されて燃料電池１１の空気極に供給される。再生熱交換器１０７で熱回収された燃料電池１１の排気は膨張タービン１１４で膨張して発電機１１５により発電する。圧縮機１２１はモータ１２２により駆動される。
【０２７８】
図示の複合発電設備は、往復動機関６５の排気が高温の場合のシステムで、例えば、高温・高圧シフト運転機、あるいは、標準機でも排気を直接高温で取り出す場合いである。
【０２７９】
圧縮機１２１をタービン１１４と別置きの電気駆動とし、燃料電池１１とタービン１１４の発電出力で圧縮機１２１を駆動する。往復動機関６５の排気の全量を燃料電池１１の空気極に供給する。圧縮機１２１とタービン１１４の過不足電力は系統（母幹）で処理する。これにより、圧縮機１２１及びタービン１１４、往復動機関６５のバランス計画から解放される。また、往復動機関６５の単独運用が可能となる。例えば、燃料電池１１及びタービン１１４が使用されていない起動初期等に往復動機関６５の単独運用が可能となる。
【０２８０】
上述した複合発電設備は、図３４に示した複合発電設備に対して燃料電池１１とターボチャージタービン６４の出力を更に向上させることができる。
【０２８１】
〈第２９実施例〉
図３６には本発明の第２９実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。図３６に示した実施例は、図９に示した第２実施例を具体的にしたものである。このため、図９に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２８２】
図に示すように、圧縮機１及びガスタービン２を有し発電機３が連結されたガスタービン設備４が備えられ、圧縮機１で圧縮された圧縮空気が空気極に供給される燃料電池１１が備えられている。燃料電池１１の排気は後置燃焼器１０２で燃焼されて加熱器１０１に送られる。圧縮機１からの圧縮空気は加熱器１０１で加熱されて燃料電池１１の空気極に供給される。
【０２８３】
加熱器１０１で熱回収された燃料電池１１の排気は第２排熱回収ボイラ１２３に送られ、第２排熱回収ボイラ１２３で熱回収された燃料電池１１の排気は燃料処理手段１２４の蒸気発生器１２６に送られて改質蒸気の生成を行う。燃料加熱手段１２７で熱回収された燃料電池１１の排気が燃料と共に送られる往復動機関５が備えられ、往復動機関５の高温排気は燃焼器１３に送られる。
【０２８４】
燃料加熱手段１２４は、燃料を加熱する燃料加熱器としての熱交換器１２７と、改質水蒸発器としての熱交換器１２６とを備えている。熱交換器１２６では燃料電池１１の燃料極に供給される燃料の改質蒸気となる改質水が送られて改質蒸気とされる。即ち、熱交換器１２６には燃料電池１１の燃料極に供給される燃料の改質蒸気sとなる改質水wが送られ、熱交換器１２７で加熱された燃料f3と改質蒸気wが混合器１２８で混合されて混合燃料f30とされる。
【０２８５】
図示の複合発電設備は、圧縮機１、燃料電池１１、第２排熱回収ボイラ１２３を先配置（上流）とし、往復動機関５、ガスタービン２、排熱回収ボイラ８を後配置（下流）としている。また、燃料電池１１の排気は第２排熱回収ボイラ１２３、熱交換器１２６、熱交換器１２７により往復動機関５の所定の吸気温度に減温する。排熱回収ボイラ８及び第２排熱回収ボイラ１２３の生成蒸気により図示しない蒸気タービンを作動させる。
【０２８６】
燃料電池１１を往復動機関５の上流側に配置したことでシステム効率が向上する。これは、高い酸素濃度で燃料電池１１を作動させることができ、燃料電池効率及び燃料電池出力割合が向上することによる。
【０２８７】
〈第３０実施例〉
図３７には本発明の第３０実施例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。尚、図３６に示した実施例の構成部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【０２８８】
図に示すように、圧縮機１及びガスタービン２を有し発電機３が連結されたガスタービン設備４が備えられ、圧縮機１で圧縮された圧縮空気が空気冷却器としての熱交換器１３１で熱回収されて往復動機関５に送られる。往復動機関５の高温排気は高温ガス冷却器としての熱交換器１３２で熱回収されてガスタービン２で膨張される。ガスタービン２の排気は排熱回収ボイラ８で熱回収される。
【０２８９】
熱交換器１３２の上流側から往復動機関５の高温排気の一部が分岐され、空気極に送られる燃料電池１１が備えられ、燃料電池１１の排気により燃料を加熱する加熱器１３３が備えられている。熱交換器１３１及び熱交換器１３２、加熱器１３３で加熱された燃料が燃料電池１１の燃料極に供給される。
【０２９０】
加熱器１３３で熱回収された燃料電池１１の排気は後置燃焼器１３４で燃焼され、燃焼ガスが燃料電池排気ガスタービン１３５で膨張される。燃料電池排気ガスタービン１３５を冷却するときは、熱交換器１３１の下流側から圧縮空気を一部分岐して使用する。燃料電池排気ガスタービン１３５の排気は排熱回収ボイラ８で熱回収される。図中の符号で１３６は燃料電池排気ガスタービン１３５に連結された発電機である。
【０２９１】
図示の複合発電設備は、往復動機関５の高温排気で燃料電池１１の空気系統を構成し、（高温排気の温度を、例えば、９５０℃とする）燃料電池１１に供給する燃料は、熱交換器１３１及び熱交換器１３２、加熱器１３３を経由して作動温度（例えば、９５０℃）とする。ガスタービン２の入口温度（例えば、８００℃から９００℃）の条件では無冷却翼を採用し、ガスタービン出力を翼冷却時よりも増大させることができる。燃料電池１１の排気をガスタービン２に再投入しないため、燃料電池排気ガスタービン１３５で膨張出力を回収する。
【０２９２】
尚、上述した複合発電設備のガスタービン設備４は、発電機３が連結された圧縮機１及びガスタービン２の構成を例に挙げてガスタービンとして使用した例を説明してあるが、エネルギー的にバランスされるときは、発電機３を連結させずに、往復動機関５の過給のためのターボチャージャとして圧縮機１及びガスタービン２を運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２９３】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３】本発明の第３実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図４】本発明の第４実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図５】本発明の第５実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図６】本発明の第６実施形態例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図７】本発明の第１実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図８】機器の運用状況説明図。
【図９】本発明の第２実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１０】本発明の第３実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１１】本発明の第４実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１２】本発明の第５実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１３】本発明の第６実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１４】本発明の第７実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１５】本発明の第８実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１６】本発明の第９実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１７】本発明の第１０実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１８】本発明の第１１実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図１９】本発明の第１２実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２０】本発明の第１３実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２１】本発明の第１４実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２２】本発明の第１５実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２３】本発明の第１６実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２４】本発明の第１７実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２５】本発明の第１８実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２６】本発明の第１９実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２７】本発明の第２０実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２８】本発明の第２１実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図２９】本発明の第２２実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３０】本発明の第２３実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３１】本発明の第２４実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３２】本発明の第２５実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３３】本発明の第２６実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３４】本発明の第２７実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３５】本発明の第２８実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３６】本発明の第２９実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３７】本発明の第３０実施例に係る複合発電設備の概略系統図。
【図３８】本発明の第２５実施例の変形例に係る複合発電設備の概略系統図。
【符号の説明】
【０２９４】
１，８１  圧縮機
２，８５  ガスタービン
３，６，３７，４０，４７，８８，８９  発電機
４  ガスタービン設備
５，５１，６５，８３  往復動機関
７  空気冷却器
８，８６  排熱回収ボイラ
９，１０，１３，１４，２２，８４  燃焼器
１１，２９  燃料電池
１２  直交変換器
１５，２１  熱交換器
１６  第１バイパス路
１７，３１，３２  第２バイパス路
１８  第３バイパス路
１９，２５  燃料電池部
２０  加熱器
２６  空気加熱器
２７  燃料加熱器
３５，５２，７０  供給路
３６  補助ガスタービン
３８  第１排熱回収ボイラ
３９  燃料電池補助ガスタービン
４１  第２排熱回収ボイラ
４３  給水ポンプ
４５  蒸気熱交換器
４６  蒸気タービン
４８  復水器
４９，５９，７１  翼冷却路
５０  燃料予熱器
５５  低圧圧縮機
５６  モータ
５８，７４，７５  翼冷却ライン
６０，７２，７３  燃料予熱器
６１  再熱ボイラ
６２  吸気冷却手段
６３  ターボチャージ圧縮機
６４  ターボチャージタービン
６６  燃料電池系燃焼器
６８  高圧ガスタービン
６９  低圧ガスタービン
８２，８７  予冷熱交換器
９１  流体バイパスライン
９２  循環流体バイパスライン
９３  高温燃焼バイパスライン
１０１,１３３  加熱器
１０２,１３４  後置燃焼器
１０３,１２６,１２７,１３１,１３２  熱交換器
１０４  混合器
１０５  燃料系起動用熱交換器
１０６  空気系起動用熱交換器
１０７  再生熱交換器
１１１  蒸気タービン
１１２,１１５  発電機
１１３  復水器
１１４  タービン
１２１  圧縮機
１２２  モータ
１２３  第２排熱回収ボイラ
１２４  燃料処理手段
１３５  燃料電池排気ガスタービン
【図１】
2004169696.tif 000003
【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】
2004169696.tif 000009
【図８】
2004169696.tif 000010
【図９】
2004169696.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004169696.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004169696.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2004169696.tif 000019
【図１８】
2004169696.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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