(57)【要約】      （修正有）【課題】高温作動型燃料電池の排出ガスを、その反応熱を熱交換により間接的に利用するだけでなく、排出ガス自体にさらに燃料及び水を混合して合成ガスを生成し、それを再びエネルギー利用することで、さらに高効率な発電システムを提供すること。【解決手段】高温作動型燃料電池１０は、燃料が触媒２５を内蔵する合成ガス生成装置２０で改質されて生成した水素及び一酸化炭素からなる合成ガスが供給されて発電するとともに、高温のアノード側排出ガス１１及びカソード側排出ガス１２を排出し、アノード側排出ガス１１に燃料を混合した混合ガスは、合成ガス生成装置２０に導入され、高温作動型燃料電池１０又は燃焼装置３０の排熱が反応熱として供給されて、再び合成ガスに改質され、該合成ガスは、高温作動型燃料電池１０と、燃焼装置３０と、に配分手段４０により供給され、燃料として利用されるハイブリッド発電装置システム。【選択図】図１
2005141910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温作動型燃料電池（１０）と、燃焼装置（３０）と、触媒（２５）を内蔵する合成ガス生成装置（２０）と、配分手段（４０）と、からなるハイブリッド発電装置システムであって、
高温作動型燃料電池（１０）は、燃料が合成ガス生成装置（２０）で改質されて生成した水素及び一酸化炭素からなる合成ガスが供給されて発電するとともに、高温のアノード側排出ガス（１１）及びカソード側排出ガス（１２）を排出し、
アノード側排出ガス（１１）に燃料を混合した混合ガスは、合成ガス生成装置（２０）に導入され、高温作動型燃料電池（１０）又は燃焼装置（３０）の排熱が反応熱として供給されて、再び合成ガスに改質され、
該合成ガスは、高温作動型燃料電池（１０）と、燃焼装置（３０）と、に配分手段（４０）により供給され、燃料として利用されることを特徴とする、
ハイブリッド発電装置システム
【請求項２】
配分手段（４０）は、高温作動型燃料電池（１０）及び燃焼装置（３０）への合成ガスの供給量を個別に調整して、高温作動型燃料電池（１０）及び燃焼装置（３０）の運転を個別に制御することを特徴とする
請求項１に記載のハイブリッド発電装置システム
【請求項３】
高温作動型燃料電池（１０）は、固体酸化物形燃料電池又は溶融炭酸塩形燃料電池のいずれかであることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド発電装置システム
【請求項４】
燃焼装置（３０）は、ガスタービン発電装置、ガスエンジン発電装置、燃焼ガス膨張タービン発電装置、バーナー加熱装置のいずれか又はそれらの中から選ばれる任意の組合せからなることを特徴とする
請求項１から請求項３のいずれかに記載のハイブリッド発電装置システム
【請求項５】
燃料は、天然ガス、メタンガス、メタンハイドレート、コークス炉ガス、石炭乾溜ガス（ＣＯＧ）、石炭ガス化ガス、し尿や生ゴミ等を発酵処理して得られるバイオガス（発酵メタンガスを含む。）、木材等の有機物等を高温処理して得られる乾溜又は熱分解ガスによって構成される群から選定された１又は２以上であることを特徴とする
請求項１から請求項４のいずれかに記載のハイブリッド発電装置システム
【請求項６】
合成ガスを原料として、反応触媒（５５）の存在下で、化学物質を生成する吸熱化学反応装置（５０）をさらに具備することを特徴とする
請求項１から請求項５のいずれかに記載のハイブリッド発電装置システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高温作動型燃料電池と、発電装置と、合成ガス生成装置とを組み合わせてなる、電力と物質を併産する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  高温作動型の燃料電池と、物質の生産装置との熱的な複合システ厶としては、本願発明者等による、ＳＯＦＣを吸熱反応装置である低級炭化水素直接改質器と複合化して、ＳＯＦＣの高温排ガスを原料ガスに混合するとともに、ＳＯＦＣと直接改質器を同一の断熱容器内に配置して伝熱により直接改質反応の反応熱に供給する方式の発明がある（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−００７３２１号公報
【０００３】  本願発明者は、引き続きその実用化に向けた研究開発を進めてきたが、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）をはじめとする高温作動型燃料電池では、二酸化炭素と水（水蒸気）を主成分とした高温の排出ガスは、主に熱媒として低級炭化水素直接改質装置等の吸熱化学反応に反応熱を供給するものであり、排出ガスの構成物質である二酸化炭素は、反応熱を利用した後は、排出ガスとして装置外に排気するものとなっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明者は、上記の既存技術の構成に関連して、高温作動型燃料電池の排出ガスを、その反応熱を熱交換により間接的に利用するだけでなく、排出ガス自体にさらに燃料及び水を混合して合成ガスを生成し、それを再びエネルギー利用することで、さらに高効率な発電システム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】
【０００５】  請求項１の発明は、高温作動型燃料電池１０と、燃焼装置３０と、触媒２５を内蔵する合成ガス生成装置２０と、配分手段４０と、からなるハイブリッド発電装置システムであって、高温作動型燃料電池１０は、燃料が合成ガス生成装置２０で改質されて生成した水素及び一酸化炭素からなる合成ガスが供給されて発電するとともに、高温のアノード側排出ガス１１及びカソード側排出ガス１２を排出し、アノード側排出ガス１１に燃料を混合した混合ガスは、合成ガス生成装置２０に導入され、高温作動型燃料電池１０又は燃焼装置３０の排熱が反応熱として供給されて、再び合成ガスに改質され、該合成ガスは、高温作動型燃料電池１０と燃焼装置３０とに配分手段４０により供給され、燃料として利用されることを特徴とするハイブリッド発電装置システムを提供する。
を提供する。【０００６】  請求項２の発明は、燃料配分手段４０をさらに備え、高温作動型燃料電池１０及び燃焼装置３０への燃料又は合成ガスの供給量が個別に調整されて、高温作動型燃料電池１０及び燃焼装置３０の運転を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド発電装置システムを提供する。【０００７】  請求項３の発明は、高温作動型燃料電池１０は、固体酸化物形燃料電池又は溶融炭酸塩形燃料電池のいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド発電装置システムを提供する。【０００８】  請求項４の発明は、燃焼装置３０は、ガスタービン発電装置、ガスエンジン発電装置、燃焼ガス膨張タービン発電装置、バーナー加熱装置のいずれか又はそれらの中から選ばれる任意の組合せからなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のハイブリッド発電装置システムを提供する。【０００９】  請求項５の発明は、燃料は、天然ガス、メタンガス、メタンハイドレート、コークス炉ガス、石炭乾溜ガス（ＣＯＧ）、石炭ガス化ガス、し尿や生ゴミ等を発酵処理して得られるバイオガス（発酵メタンガスを含む。）、木材等の有機物等を高温処理して得られる乾溜又は熱分解ガスによって構成される群から選定された１又は２以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のハイブリッド発電装置システムを提供する。【００１０】  請求項６の発明は、合成ガスを原料として、反応触媒５５の存在下で、化学物質を生成する吸熱化学反応装置５０をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のハイブリッド発電装置システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】  本願発明によれば、二酸化炭素と水（水蒸気）を主成分とする高温作動型燃料電池の高温排出ガスを、その熱の利用だけでなく、合成ガスに改質して燃焼装置等の燃料として循環的に利用することで物質的にも有効に利用することができ、装置全体の総合的なエネルギー効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  図１は、本願請求項１の発明の基本システム構成を示す。本願発明は、高温作動型燃料電池１０と、合成ガス生成装置２０と、燃焼装置３０と、燃料配分手段４０と、からなり、高温作動型燃料電池１０には、系外より供給された燃料が合成ガス生成装置２０により水素と一酸化炭素とに改質されて、それを燃料として発電を行うとともに、概略６００℃〜１０００℃の二酸化炭素と水（水蒸気）を主成分とする高温の排出ガスを排出する。【００１３】  高温作動型燃料電池１０は、本願請求項３の発明のように、概略５００℃以上の作動温度となる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）又は溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）のいずれかを選択する。【００１４】  高温作動型燃料電池１０の燃料は、本願請求項５の発明のように、天然ガス、メタンガス、メタンハイドレート、コークス炉ガス、石炭乾溜ガス（ＣＯＧ）、石炭ガス化ガス、し尿や生ゴミ等を発酵処理して得られるバイオガス（発酵メタンガスを含む。）、木材等の有機物等を高温処理して得られる乾溜又は熱分解ガスのいずれか１つ又はそれらの混合ガスなど、メタンを主成分とするガスを用いる。【００１５】  高温作動型燃料電池１０は、その起動時は、燃料に水又は水蒸気を混合するとともに、燃料を燃焼させる等により合成ガス生成装置２０に反応熱を供給し、燃料を水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスに改質し、その合成ガスが用いられる。但し、本願システムは高温作動型燃料電池１０が定常運転となったときに、高温作動型燃料電池１０の二酸化炭素と水を含む高温の排出ガスが合成ガス生成装置２０に供給されるようになっている。【００１６】  燃焼装置３０は、合成ガスを燃料として利用し、その燃焼排ガスを系外に排出するものであり、燃料の供給量に合わせて増加する合成ガスを配分手段４０で高温作動型燃料電池１０と配分して消費することで、本願システムのマテリアルバランスを調整するものとなっている。また、当然に燃焼装置３０の燃焼排ガスの排熱は熱交換器で回収し、合成ガス生成装置２０の反応熱として利用するようになっている（図示せず。）。【００１７】  燃焼装置３０としては、合成ガスを燃焼して燃焼排ガスを系外に排出するものであれば任意のものを採用できる。本願請求項４の発明のように、ガスエンジン、ガスタービン、バーナーなどの燃焼機関を単独又は複合化して利用することができる。当然に、燃焼装置３０は、そのエネルギーを利用する装置として、発電装置、加熱装置、コージェネレーション装置、ヒートポンプ等のエネルギー利用装置と一体化したものであることが望ましい。【００１８】  また、本願請求項２の発明のように、燃焼装置３０が、２台以上の装置から構成されるときは、配分手段４０によって、高温作動型燃料電池１０と、２台以上の燃焼装置３０とに供給される合成ガスの供給量を装置個別に調整することができる。こうすることで、燃焼装置３０の利用目的に合わせて、装置個別にその作動を調整することができる。【００１９】  燃焼装置３０による合成ガスの消費だけでなく、本願請求項６の発明のように、合成ガスを原料として、吸熱化学反応により化学物質を生成する装置をさらに組み合わせることも可能である（図２）。【００２０】  本願発明は、上述の説明に限定されることなく、本願請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されることはいうまでもない。
【実施例】
【００２１】  本願発明の実施例として、メタンガスを燃料として、高温作動型燃料電池１０に出力２０ｋＷの固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）を、燃焼装置３０に出力５０ｋＷのガスタービン発電機を用いた場合の運転状況を説明する。本実施例は、高温作動型燃料電池１０が定常運転となった場合の状態を説明するものである。【００２２】  メタンガス（２０℃、約８ｋｇ／ｈ）が燃料として、ＳＯＦＣのアノード側排出ガス１１（５７０℃、約１３８ｋｇ／ｈ）が合成ガス生成装置２０に導入され、水素５５％、水１６％、一酸化炭素２０％、二酸化炭素８％の組成をもつ合成ガス（７５０℃、約１５５ｋｇ／ｈ）が生成された。そのうち、配分装置４０によって、１３２ｋｇ／ｈの合成ガスはＳＯＦＣに供給され、２３ｋｇ／ｈの合成ガスはガスタービン発電機に供給された。【００２３】  ガスタービン発電機は、供給された合成ガス（７５０℃、２３ｋｇ／ｈ）を利用して、温度１４４０℃、圧力７ｋｇ／ｃｍ２の燃焼ガスを生成しタービンを作動して、発電を行い、温度１００℃、２２６ｋｇ／ｈの燃焼排ガスを系外に排出した。ＳＯＦＣは、配分された合成ガスを燃料として、空気（２０℃、２０９ｋｇ／ｈ）を供給されて発電し、水素４９％、水２１％、一酸化炭素２１％、二酸化炭素８％の組成をもつアノード側排出ガス１１を排出した。【００２４】  本願システムは、上述のバランスで合成ガスがサイクリックに生成され、該合成ガスを利用して、高温作動型燃料電池１０（ＳＯＦＣ）と燃料装置３０（ガスタービン発電機）が安定的に運転された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の基本システム構成を示した図。
【図２】  吸熱化学反応により化学物質を生成する反応装置を組合せたシステム図
【符号の説明】
１０  高温作動型燃料電池
１１  アノード側排出ガス
１２  カソード側排出ガス
２０  合成ガス生成装置
２５  触媒
３０  燃焼装置
４０  配分手段
５０  吸熱化学反応装置
５５  反応触媒
【図１】
2005141910.tif 000003
【図２】
2005141910.tif 000004