(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給ラインを通して燃料が供給され、かつ酸素供給ラインを通して酸素が供給される固体電解質燃料電池と、
前記燃料電池の燃料側排気の保有熱により蒸発器で発生させた蒸気を前記燃料供給ラインに供給するための蒸気ラインと、
前記燃料電池の前記蒸発器により冷却された燃料側排気および酸素側排気が供給され、蒸気を発生させるための燃焼器と、
前記燃焼器で発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを具備したことを特徴とする燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項２】
前記燃料供給ラインおよび前記燃料側排気が通る燃料側排気ラインに跨って介装された燃料加熱用熱交換器を具備したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項３】
前記燃料電池に供給される水素および酸素は、化学等量であり、前記タービン下流側に復水器を設置したことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項４】
前記復水器からの復水のうち前記燃料電池の温度調整に必要な量の復水が前記蒸発器を経由して前記燃料供給ラインに供給されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項５】
前記燃料が水素以外の炭素を含むガス燃料である場合、前記燃料供給ラインに改質装置を設置して、この改質装置で改質製造された水素および水蒸気を前記燃料電池に供給し、かつ前記改質装置前後の前記燃料供給ラインに前記蒸気ラインから蒸気を供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項６】
前記燃料が水素以外の炭素を含むガス燃料である場合、前記燃料電池の内部に改質装置を設置し、前記燃焼器上流側に前記燃料電池の燃料側排気中の炭酸ガスを分離するための炭酸ガス分離装置を設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項７】
前記燃料が水素以外の炭素を含むガス燃料である場合、前記燃料電池の内部に改質装置を設置し、前記蒸気タービンの下流側に前記燃料電池の燃料側排気中の炭酸ガスを凝縮分離するための炭酸ガス分離装置を設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項８】
前記蒸気ラインに、前記酸素供給ラインに蒸気を供給する酸素側蒸気供給手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項９】
前記酸素供給ラインおよび前記酸素側排気が通る酸素側排気ラインに跨って酸素加熱用熱交換器又は排酸素循環機構を具備したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池複合発電プラントシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素・酸素燃焼タービンを有する複合発電プラントシステムとしては、従来より図５に示すランキンサイクル方式および図６に示すトッピング再生サイクル方式のものが知られている。
【０００３】
図５に示すランキンサイクル方式の複合発電プラントシステムにおいて、高温蒸気タービン１は超高温タービン２出口の蒸気を加熱源とする第１熱交換器３で発生した高圧蒸気および高温タービン４出口の蒸気を加熱源とする第２熱交換器５で発生した高圧蒸気により駆動される。前記高温蒸気タービン１出口の蒸気は、第１水素・酸素燃焼器６に導入され、ここで別途供給された水素および酸素と共に燃焼することにより発生する超高温蒸気を利用して前記超高温タービン２を駆動する。前記超高温タービン２出口の蒸気は、前記第１熱交換器３で熱交換された後に第２水素・酸素燃焼器７に導入され、ここで別途供給された水素および酸素と共に燃焼することにより発生する高温蒸気を利用して前記高温タービン４を駆動する。前記高温タービン４出口の蒸気は、前記第２熱交換器５で冷却された後、低温タービン８に供給される。発電機９は、前記各タービン１，２，４，８により発電される。
【０００４】
前記低温タービン８出口の蒸気は、復水器１０に供給され、ここで凝縮されて水になる。この復水のうち、前記第１，第２の水素・酸素燃焼器６，７で発生した水に相当する復水は復水ポンプ１１により系外に排出されて回収され、負荷に応じた量の復水は給水として給水ポンプ１２により圧縮した状態で前記第１，第２の熱交換器３，５に供給される。
【０００５】
一方、図６に示すトッピング再生サイクル方式の複合発電プラントシステムにおいて、高温蒸気タービン２１は高温タービン２２出口の蒸気を加熱源とする第１〜第３の熱交換器２３〜２５を経由して熱交換された高圧蒸気により駆動される。この高温蒸気タービン２１出口の蒸気は、超高温タービン２６に供給される。
【０００６】
前記各熱交換器２３〜２５およびこのうちの第３熱交換器２５と並列的に配置され、後述する高圧圧縮機からの蒸気と熱交換する第４熱交換器２７を経由した前記高温タービン２２出口の蒸気は、低圧圧縮機２８を通して高圧圧縮機２９に供給されて昇圧され、前記第４熱交換器２７を経由して水素・酸素燃焼器３０に導入され、ここで別途供給された水素および酸素と共に燃焼することにより発生する高温蒸気を利用して前記超高温タービン２６、およびこの後段に配置された前記高温タービン２２を駆動する。
【０００７】
前記第２熱交換器２４を経由後の前記高温タービン２２出口の蒸気は、低圧タービン３１に供給される。発電機３２は、前記各タービン２２，２６，３１により発電される。
【０００８】
前記低温タービン３１出口の蒸気は、直接及び第５，第６の熱交換器３３，３４を経由して復水器３５に供給され、ここで凝縮されて水になる。この復水のうち、前記水素・酸素燃焼器３０で発生した水に相当する復水は復水ポンプ３６により系外に排出されて回収される。また、前記復水のうち、負荷に応じた量の復水の一部は第１給水ポンプ３７により前記高圧圧縮機２９に供給される。残りの復水は前記第５、第６の熱交換器３３，３４で熱交換された後、脱気器３８で脱気され、第２給水ポンプ３９により前記第１〜第３の熱交換器２３〜２５で熱交換されて前述したように高温蒸気タービン２１に送られる。なお、前記脱気器３８には前記低温タービン３１の出口蒸気が導入される。
【０００９】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、前述した従来の複合発電プラントシステムは次のような問題があった。
【００１０】
（１）２方式のいずれの複合発電プラントシステムも高級、高価な水素を燃料として使用するため、高い発電効率を達成することが不可欠であるが、１７００℃級の高温タービンを適用してもなお効率が６１％程度と低い。
【００１１】
（２）２方式のいずれの複合発電プラントシステムに用いられる水素燃焼タービンは、高効率にするには高温にする必要があるが、１５００℃以上の高温タービンの開発の目処がたっていないのが実状であり、その開発には膨大な費用と時間を要する。
【００１２】
（３）ランキンサイクル方式の複合発電プラントシステムでは、超高圧（数百ｋｇｆ／ｃｍ2）を必要とし、高圧タービンの実現性が低い。
【００１３】
（４）トッピング再生方式の複合発電プラントシステムは、前述した図3に示すように高温熱交換器を多数必要とし、設備が複雑になると共に、高価格になる。
【００１４】
本発明は、高発電効率で、かつ高信頼性の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムは、燃料供給ラインを通して燃料が供給され、かつ酸素供給ラインを通して酸素が供給される固体電解質燃料電池と、前記燃料電池の燃料側排気の保有熱により蒸発器で発生させた蒸気を前記燃料供給ラインに供給するための蒸気ラインと、前記燃料電池の前記蒸発器により冷却された燃料側排気および酸素側排気が供給され、蒸気を発生させるための燃焼器と、前記燃焼器で発生した蒸気により駆動される蒸気タービンとを具備したことを特徴とするものである。
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記燃料供給ラインおよび前記燃料側排気が通る燃料側排気ラインに跨って介装された燃料加熱用熱交換器を具備したことを許容する。
【００１６】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記燃料電池に供給される水素および酸素は、化学等量であることが好ましい。
【００１７】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、さらに前記タービン下流側に復水器を設置することを許容する。
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記復水器からの復水のうち前記燃料電池の温度調整に必要な量の復水が前記蒸発器を経由して前記燃料供給ラインに供給されることを許容する。
【００１８】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記燃料が水素以外の炭素を含むガス燃料である場合、前記燃料供給ラインに改質装置を設置して、この改質装置で改質製造された水素および水蒸気を前記燃料電池に供給し、かつ前記改質装置前後の前記燃料供給ラインに前記蒸気ラインから蒸気を供給することを許容する。
【００１９】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記燃料が水素以外の炭素を含むガス燃料である場合、前記燃料電池の内部に改質装置を設置し、前記燃焼器上流側に前記燃料電池の燃料側排気中の炭酸ガスを分離するための炭酸ガス分離装置を設置することを許容する。
【００２０】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記燃料が水素以外の炭素を含むガス燃料である場合、前記燃料電池の内部に改質装置を設置し、前記蒸気タービンの下流側に前記燃料電池の燃料側排気中の炭酸ガスを凝縮分離するための炭酸ガス分離装置を設置することを許容する。
【００２１】
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記酸素供給ラインに蒸気を供給する酸素側蒸気供給手段を設けることを許容する。
本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいて、前記酸素供給ラインおよび前記酸素側排気が通る酸素側排気ラインに跨って酸素加熱用熱交換器又は排酸素循環機構を具備したことを許容する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを図１を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図示しない水素燃料タンクからの水素は、燃料供給ライン５１を通して固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）５２に供給される。この固体電解質燃料電池５２は、発電膜５３と、この発電膜５３で区画された燃料室５４および酸素室５５とを備えた構造を有する。前記発電膜５３は、燃料極、固体電解質膜および酸素極により構成され、直交流変換器（インバータ）５６を通して定格交流電圧として系統５７に出力される。
【００２４】
前記燃料電池５２の燃料室５４は、燃料側排気ライン５８を通して燃焼器５９に連結されている。前記燃料供給ライン５１の燃料を加熱するための燃料加熱用熱交換器６０は、前記燃料供給ライン５１および燃料側排気ライン５８に跨って介装されている。蒸発器６１は、前記熱交換器６０下流側の前記燃料側排気ライン５８に介装されている。
【００２５】
酸素（例えば空気）が導入される圧縮機６２は、酸素供給ライン６３を通して前記燃料電池５２の酸素室５５に供給される。前記燃料電池５３の酸素室５５は、酸素側排気ライン６４を通して前記燃焼器５９に連結されている。前記酸素供給ライン６３には、窒素分離器６５が介装されている。前記酸素供給ライン６３の酸素を加熱するための酸素加熱用交換器６６は、前記酸素供給ライン６３および酸素側排気ライン６４に跨って介装されている。
【００２６】
前記燃焼器５９で発生した蒸気は、蒸気タービン６７に供給され、このタービン６７により発電機６８が発電される。前記蒸気タービン６７は、配管６９を通して復水器７０に連結されている。前記配管６９には、給水加熱器７１が介装されている。前記復水器７０は、給水ライン７２を通して前記給水加熱器７１に連結されている。前記復水器７０の復水のうち、前記燃焼器５９で発生した水に相当する復水は回収ライン７３を通して系外に回収され、残りの復水（前記燃料電池の温度調整に必要な量の復水）は前記給水ライン７２に介装された給水ポンプ７４により前記給水加熱器７１に供給される。前記給水加熱器７１から延出され、前記給水ライン７２と連通する蒸気ライン７５は、前記蒸発器６１を経由して前記燃料供給ライン５１に連結される。
【００２７】
次に、前述した図１に示す固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムの動作を説明する。
【００２８】
まず、図示しない水素燃料タンクから水素を燃料供給ライン５１を通して固体電解質燃料電池５２の燃料室５４に供給する。同時に、圧縮機６２で圧縮された空気を酸素供給ライン６３を通して窒素分離器６５に送り、ここで窒素を分離することにより得られた酸素を前記燃料電池５２の酸素室５５に供給する。この時、前記水素および酸素は化学等量になるように前記燃料電池５２に供給する。このような水素および酸素の供給により、前記燃料室５４および酸素室５５の間に配置された発電膜５３により電池反応がなされ、前記発電膜５３に接続されたインバータ５６から交流電圧として系統５７に出力される。
【００２９】
前記燃料電池５２の燃料室５４出口の排気（排燃料；蒸気を含む）は、燃料加熱用熱交換器６０および蒸発器６１が介装された燃料側排気ライン５８を通して燃焼器５９に供給される。このように排燃料が前記燃料加熱用熱交換器６０を通過する過程で前記燃料供給ライン５１を通過する水素は熱交換されて加熱される。また、排燃料は前記燃料加熱用熱交換器６０を通過する過程で燃料供給ライン５１の水素と熱交換されて冷却され、さらに前記蒸発器６１を通過する過程で蒸気ライン７５の低温蒸気と熱交換されて冷却される。このため、前記燃料室５４出口の排燃料に比べて低温化された排燃料を前記燃焼器５９に供給することが可能になる。
【００３０】
一方、前記燃料電池５２の酸素室５５出口の排気（排酸素；蒸気を含む）は、酸素加熱用熱交換器６６が介装された酸素側排気ライン６４を通して燃焼器５９に供給される。このように排酸素が前記酸素加熱用熱交換器６６を通過する過程で前記酸素供給ライン６３を通過する酸素は熱交換されて加熱される。また、排酸素は前記酸素加熱用熱交換器６６を通過する過程で前記酸素供給ライン６３の酸素と熱交換されて冷却される。
【００３１】
前記燃焼器５９での燃焼により発生した蒸気を蒸気タービン６７に供給することにより発電機６８が発電される。
【００３２】
前記蒸気タービン６７の出口蒸気は、給水加熱器７１が介装された配管６９を通過する過程で凝縮され、復水として復水器７０に溜められる。この復水器７０内の復水のうち、前記燃焼器５９で発生した水に相当する復水は回収ライン７３を通して系外に回収され、負荷に応じた量の復水は給水として給水ポンプ７４により圧縮した状態で給水管７２を通して前記給水加熱器７１に供給され、ここで前記タービン６７の出口蒸気と熱交換されて加熱され、低温蒸気を発生する。低温蒸気は、蒸気ライン７５を通して前記蒸発器６１を通過する過程で前述した排燃料と熱交換されて加熱され、さらにこの蒸気は前記燃料供給ライン５１に供給される。
【００３３】
前述したように蒸気ライン７５から蒸気を燃料供給ライン５１に供給すると共に、燃料加熱用熱交換器６０で燃料供給ライン５１を通る水素を加熱して蒸気を含む所定温度に加熱された水素を前記燃料電池５２の燃料室５５に供給し、かつ酸素加熱用熱交換器６９で酸素供給ライン６３を通る酸素を加熱して所定温度に加熱された酸素を前記燃料電池５２の酸素室５５に供給することによって、既に述べた燃料電池５２での電池反応が円滑になされ、前記発電膜５３に接続されたインバータ５６から交流電圧として系統５７に効率よく出力できるとともに、燃料電池５２の出口温度の過度な上昇を防止して燃料電池５２を適切な温度（９００〜１０００℃）に維持することが可能になる。
【００３４】
なお、前記蒸気ライン７５を前記酸素供給ライン６３の前記酸素加熱用熱交換器６６の入口部分に連結して、この酸素供給ライン６３にも水蒸気を供給することによって、前記燃料電池５２の出口温度の過度な上昇をより効果的に防止することが可能になる。
【００３５】
また、燃料側排気ライン５８に燃料供給ライン５１の水素と熱交換する燃料加熱用熱交換器６０および蒸気ライン７５の低温蒸気で熱交換する蒸発器６１をそれぞれ設けて、前記燃料電池５２の燃料室５４の出口排燃料に比べて低温化された排燃料を燃焼器５９に供給し、かつ酸素側排気ライン６８に酸素供給ラインの酸素と熱交換する酸素加熱用交換器６６を設けて、前記燃料電池５２の酸素室５５の出口排酸素に比べて低温化された排酸素を燃焼器５９に供給することにより、この燃焼器５９の燃焼により発生した蒸気を前記燃焼器５９下流側の蒸気タービン６７の許容温度以下に抑えることができる。その結果、発電機６８を効率よく発電することが可能になる。
【００３６】
したがって、図１に示す構成によれば固体電解質燃料電池５２と燃焼器５９の複合化、および前記燃料電池５２の燃料側排気の保有熱で発生させた蒸気の燃料供給ライン５１への供給によって、前記燃料電池５２を適切な温度（９００〜１０００℃）に維持しつつで効率的な発電を行なうことができ、かつ前記燃料電池５２の未利用水素、残存酸素および水蒸気（燃料電池５２での発生分および冷却用）を燃焼器５９に導入してこの後段の蒸気タービン６７の許容温度を超えない温度に蒸気を発生して発電機６８の効率発電を行なうことかできるため、超高効率化を達成した固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを提供することができる。
【００３７】
次に、燃料として水素以外の炭素を含むガス燃料を用いて発電を行なう固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムの例を図２を参照して詳細に説明する。なお、前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
この固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムは、改質装置７６が燃料供給ライン５１および燃料排気側ライン５８に跨って介装され、かつ蒸気ライン７５およびこれから分岐した蒸気分岐ライン７７が前記改質装置７６前段および後段の前記燃料供給ライン５１に連結されている。
【００３９】
このような図２に示す構成によれば、燃料供給ライン５１および燃料排気側ライン５８に跨って配置された改質装置７６に水素以外の炭素を含むガス燃料（例えばＣＯ，ＣＨ4，Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ8等）を燃料供給ライン５１を通して供給する際、固体電解質燃料電池５２の燃料室５４出口の排燃料を前記改質装置７６に供給して加熱するとともに、蒸気ライン７５から前記改質装置７６前段の前記燃料供給ラインに蒸気を供給することによって、前記改質装置７６でＨ２，ＣＯ２に改質され、ＣＯ２が分離された水素を燃料加熱用熱交換器６０で加熱した後、固体電解質燃料電池５２の燃料室５４に供給できる。この時、蒸気を蒸気分岐ライン７７を通して前記改質装置７６後段の前記燃料供給ライン５１に供給することにより燃料電池５２の出口温度の過度な上昇を防止して燃料電池５２を適切な温度（９００〜１０００℃）に維持することが可能になる。
【００４０】
したがって、図２に示す固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムによれば固体電解質燃料電池５２と燃焼器５９の複合化、燃料供給ライン５１および燃料排気側ライン５８への改質装置７６の配置、および前記燃料電池５２の燃料側排気の保有熱で発生させた蒸気の燃料供給ライン５１への供給によって、水素以外の例えばメタンのような炭素を含むガス燃料を前記燃料電池５２の燃料として利用でき、かつ前記燃料電池５２を適切な温度（９００〜１０００℃）に維持しつつ効率的な発電を行なうことができると共に、前記燃料電池５２の未利用水素、残存酸素および水蒸気（燃料電池５２での発生分、改質用および冷却用）を燃焼器５９に導入してこの後段の蒸気タービン６７の許容温度を超えない温度に蒸気を発生して発電機６８の効率発電を行なうことかできるため、超高効率化を達成することができる。
【００４１】
次に、燃料として水素以外の炭素を含むガス燃料を用いて発電を行なう別の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムの例を図３を参照して詳細に説明する。なお、前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００４２】
この固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムは、改質装置７６が固体電解質燃料電池５２の燃料室５４に配置されいる。蒸発器６１後段の燃料排気側ライン５８には、炭酸ガス分離装置７８が介装されている。
【００４３】
また、蒸気ライン７５から分岐した蒸気分岐ライン７７は酸素排気側ライン６４に連結されている。蒸気流量を制御する制御弁７９は、前記蒸気分岐ライン７７に介装されている。
【００４４】
さらに、排酸素再循環機構８０は前述した図１の酸素加熱用熱交換器６６の代わりに設けられる。この排酸素再循環機構８０は、燃料電池５２の酸素室５５出口の排酸素（前記蒸気分岐ライン７７から蒸気が既に供給されている）を窒素分離装置６５と燃料電池５２の間の酸素供給ライン６３に供給するための酸素側分岐ライン８１と、この酸素側分岐ライン８１に前記酸素側排気ライン６４側から順次介装された制御弁８２および昇圧ファン８３とから構成されている。なお、前記制御弁８２は前記酸素供給ライン６３を通して前記燃料電池５２に供給される酸素を所定温度に制御するように蒸気を含む排酸素の再循環量を調節する機能を有する。
【００４５】
給水ライン７２には、制御弁８４が介装されている。
【００４６】
次に、燃料として水素以外の炭素を含むガス燃料を用いて発電を行なうさらに別の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムの例を図４を参照して詳細に説明する。なお、前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００４７】
この固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムは、改質装置７６が固体電解質燃料電池５２の燃料室５４に配置されいる。
【００４８】
前述した図３に示す炭酸ガス分離装置７８に代えて復水器７０に配管８５を通して炭酸ガス排出ポンプ（炭酸ガス分離装置）８６を設けている。
【００４９】
また、蒸気ライン７５から分岐した蒸気分岐ライン７７は酸素排気側ライン６４に連結されている。蒸気流量を制御する制御弁７９は、前記蒸気分岐ライン７７に介装されている。
【００５０】
さらに、排酸素再循環機構８０は前述した図１の酸素加熱用熱交換器の代わりに設けられる。この排酸素再循環機構８０は、燃料電池５２の酸素室５５出口の排酸素（前記蒸気分岐ライン７７から蒸気が既に供給されている）を窒素分離装置６５と燃料電池５２の間の酸素供給ライン６３に供給するための酸素側分岐ライン８１と、この酸素側分岐ライン８１に前記酸素側排気ライン６４側から順次介装された制御弁８２および昇圧ファン８３とから構成されている。なお、前記制御弁８２は前記酸素供給ライン６３を通して前記燃料電池５２に供給される酸素を所定温度に制御するように蒸気を含む排酸素の再循環量を調節する機能を有する。
【００５１】
給水ライン７２には、制御弁８４が介装されている。
【００５２】
このような図３および図４に示す構成によれば、水素以外の炭素を含むガス燃料（例えばＣＯ，ＣＨ4，Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ8等）を燃料加熱用熱交換器６０が介装された燃料供給ライン５１を通して固体電解質燃料電池５２の燃焼室５４に供給する際、前記燃料電池５２の燃料室５４に改質装置７６を配置し蒸気ライン７５から前記燃料供給ライン５１に蒸気を供給することによって、前記ガス燃料が前記燃焼室５４内の改質装置７６でＨ２，ＣＯ２に改質され、燃料としてのＨ２が前記燃料室５４に供給される。同時に、排酸素再循環機構８０から蒸気を含む排酸素酸素を酸素供給ライン６３に供給して所定温度に加熱された酸素を前記燃料電池５２の酸素室５５に供給する。このように燃料電池５２の燃料室５４、酸素室５５に水素と酸素をそれぞれ供給することによって、前記燃料電池５２での電池反応が円滑になされ、前記発電膜５３に接続されたインバータ５６から交流電圧として系統５７に効率よく出力できる。
【００５３】
また、前記燃料室５４に配置された改質装置７６の改質反応（吸熱反応）を利用して前記燃料電池５２そのものを冷却するとともに、前記酸素室５５に供給される酸素に排酸素再循環機構８０から蒸気を再循環させることによって、前記燃料電池５２の出口温度の過度な上昇を防止して燃料電池５２を適切な温度（９００〜１０００℃）に維持することが可能になる。
【００５４】
さらに、燃料側排気ライン５８に燃料供給ライン５１の水素と熱交換する燃料加熱用熱交換器６０および蒸気ライン７５の低温蒸気で熱交換する蒸発器６１をそれぞれ設けて、前記燃料電池５２の燃料室５４の出口排燃料に比べて低温化された排燃料を燃焼器５９に供給し、かつ酸素側排気ライン６８に蒸気分岐ライン７７を通して酸素供給ライン６４に蒸気を供給して前記燃料電池５２の酸素室５５の出口排酸素に比べて低温化された排酸素を燃焼器５９に供給することにより、この燃焼器５９の燃焼により発生した蒸気を前記燃焼器５９下流側の蒸気タービン６７の許容温度以下に抑えることができる。その結果、発電機６８を効率よく発電することが可能になる。
【００５５】
なお、図３に示す固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいては前記改質装置７６で水素と共に発生した二酸化炭素は燃料電池５２出口から燃料側排気ライン５８を通して炭酸ガス分離装置７８に送られ、ここで炭酸ガスが系外に排気される。
【００５６】
一方、図４に示す固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムにおいては前記改質装置７６で水素と共に発生した二酸化炭素は、燃料電池５２出口から燃料側排気ライン５８、燃焼器５９，給水加熱器７１を通して復水器７０に送られ、この復水器７０から配管を通して炭酸ガス排出ポンプ８６により系外に排気される。
【００５７】
したがって、図３または図４に示す固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムによれば固体電解質燃料電池５２と燃焼器５９の複合化、前記燃料電池５２の燃料室５４への改質装置７６の配置、および前記燃料電池５２の燃料側排気の保有熱で発生させた蒸気の燃料供給ライン５１への供給によって、水素以外の例えばメタンのような炭素を含むガス燃料を前記燃料電池５２の燃料として利用でき、かつ前記燃料電池５２を適切な温度（９００〜１０００℃）に維持しつつ効率的な発電を行なうことができると共に、前記燃料電池５２の未利用水素、残存酸素および水蒸気（燃料電池５２での発生分、改質用および冷却用）を燃焼器５９に導入してこの後段の蒸気タービン６７の許容温度を超えない温度に蒸気を発生して発電機６８の効率発電を行なうことかできるため、超高効率化を達成することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、固体電解質燃料電池とその排気燃焼による発生蒸気により駆動する蒸気タービンとの複合化、および前記燃料電池の燃料側排気の保有熱で発生させた蒸気を燃料供給ラインに供給することによって、効率的な発電を行なうことが可能で、プラント総合熱効率を向上でき、さらに燃料電池の過度な温度上昇の防止および蒸気タービンの許容温度以上の加熱防止により信頼性が向上された固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを提供できる。
【００５９】
また、燃料供給ラインに改質装置を配置し、前記燃料電池の燃料側排気の保有熱で発生させた蒸気を前記改質装置に供給することにより水素以外の炭素を含むガス燃料から改質された水素を前記燃料電池の燃料として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを示す概略図。
【図２】本発明に係わる他の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを示す概略図。
【図３】本発明に係わるさらに他の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを示す概略図。
【図４】本発明に係わるさらに他の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムを示す概略図。
【図５】従来のランキンサイクル方式の複合発電プラントシステムを示す概略図。
【図６】トッピング再生サイクル方式の複合発電プラントシステムを示す概略図。
【符号の説明】
５１…燃料供給ライン、
５２…固体電解質燃料電池、
５８…燃料側排気側ライン、
５９…燃焼器、
６０…燃料加熱用熱交換器、
６１…蒸発器、
６３…酸素供給ライン、
６４…酸素側排気側ライン、
６６…酸素加熱用熱交換器、
６７…蒸気タービン、
６８…発電機、
７０…復水器、
７１…給水加熱器、
７５…蒸気ライン、
７６…改質装置、
７７…蒸気分岐ライン、
７８…炭酸ガス分離装置、
８０…排酸素再循環機構、
８６…炭酸ガス排出ポンプ。
【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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