(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給ラインを通して水素を燃料として供給され、かつ酸素供給ラインを通して酸素を酸化剤として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を冷却するための排燃料冷却用熱交換器と、
前記燃料供給ラインに前記熱交換器で冷却した排燃料を前記燃料電池の温度を制御するために再循環させる排燃料再循環手段と、
排燃料および前記燃料電池の酸素側排気が供給され、高温蒸気を発生させるための燃焼器と、
前記燃焼器に前記熱交換器を通過して熱交換される蒸気ラインの前記熱交換器出口の蒸気を前記燃焼器出口の温度を制御するために供給する蒸気供給手段と、
前記燃焼器で発生した高温蒸気により駆動される高温蒸気タービンと、
前記タービンからの蒸気を凝縮するための復水器とを具備したことを特徴とする固体電解質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酸素供給ラインを通して供給される水素および酸素は、化学等量であることを特徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項３】
さらに前記燃料電池の酸素側排気を冷却するための排酸素冷却用熱交換器と、前記酸素供給ラインに前記排酸素冷却用熱交換器で冷却した排酸素を前記燃料電池の温度を制御するために再循環させる排酸素再循環手段とを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項４】
さらに前記燃料電池出口の排燃料と前記燃料供給ラインの燃料とを熱交換するための燃料加熱用熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項５】
さらに前記燃料電池出口の排酸素と前記酸素供給ラインの酸素とを熱交換するための酸素加熱用熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム。
【請求項６】
前記酸素は、空気であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の固体電解質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２に示すランキンサイクル方式および図３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２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覆水ポンプ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３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、超高圧タービン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２１，２２，２６，３１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】
【発明が解決しようとする課題】
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水素を燃料として供給され、かつ酸素供給ラインを通して酸素を酸化剤として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を冷却するための排燃料冷却用熱交換器と、前記燃料供給ラインに前記熱交換器で冷却した排燃料を前記燃料電池の温度を制御するために再循環させる排燃料再循環手段と、排燃料および前記燃料電池の酸素側排気が供給され、高温蒸気を発生させるための燃焼器と、前記燃焼器に前記熱交換器を通過して熱交換される蒸気ラインの前記熱交換器出口の蒸気を前記燃焼器出口の温度を制御するために供給する蒸気供給手段と、前記燃焼器で発生した高温蒸気により駆動される高温蒸気タービンと、前記タービンからの蒸気を凝縮するための復水器とを具備したことを特徴とするものである。
【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、前記燃料供給ラインおよび前記酸素供給ラインを通して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、さらに前記燃料電池の酸素側排気を冷却するための排酸素冷却用熱交換器と、前記酸素供給ラインに前記排酸素冷却用熱交換器で冷却した排酸素を前記燃料電池の温度を制御するために再循環させる排酸素再循環手段とを設けることを許容する。
【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、さらに前記燃料電池出口の排燃料と前記燃料供給ラインの燃料とを熱交換するための燃料加熱用熱交換器を設けることを許容する。
【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、さらに前記燃料電池出口の排酸素と前記酸素供給ラインの酸素とを熱交換するための酸素加熱用熱交換器を設けることを許容する。
【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、前記酸素は空気であることが好ましい。
【００２１】
【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。
【００２２】
水素燃料タンク５１からの水素は、燃料供給ライン５２を通して固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）５３に供給される。この固体電解質燃料電池５３は、発電膜５４と、この発電膜５４で区画された燃料室５５および酸素室５６とを備えた構造を有する。前記発電膜５４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５７に接続されている。前記燃料電池５３の燃料室５５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５２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５２および燃料側排気ライン５８に跨って介装されている。
【００２３】
排燃料冷却用熱交換器６１は、前記熱交換器６０と前記燃焼器５９の間の前記燃料側排気ライン５８に介装されている。燃料側分岐ライン６２は、前記排燃料冷却用熱交換器６１で冷却された排燃料を前記水素燃料タンク５１と前記熱交換器６０の間に位置する前記燃料供給ライン５２に供給するように前記燃料供給ライン５２および燃料側排気ライン５８に連結されている。昇圧ファン６３および制御弁６４は、前記燃料側分岐ライン６２に前記燃料側排気ライン５８から順次介装されている。なお、前記制御弁６４は前記燃料電池に供給される水素を所定温度に制御するように排燃料の再循環量を調節する機能を有する。このような燃料側分岐ライン６２、昇圧ファン６３および制御弁６４により排燃料再循環機構６５を構成している。
【００２４】
酸素タンク６６からの酸素は、酸素供給ライン６７を通して前記燃料電池５３の酸素室５６に供給される。前記燃料電池５３の酸素室５６は、酸素側排気ライン６８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６７の酸素を加熱するための酸素加熱用熱交換器６９は、前記酸素供給ライン６７および酸素側排気ライン６８に跨って介装されている。
【００２５】
排酸素冷却用熱交換器７０は、前記酸素加熱用熱交換器６９と前記燃焼器５９の間の前記酸素側排気ライン６８に介装されている。酸素側分岐ライン７１は、前記排酸素冷却用熱交換器７０で冷却された排酸素を前記酸素タンク６６と前記酸素加熱用熱交換器６９の間に位置する前記酸素供給ライン６７に供給するように前記酸素供給ライン６７および酸素側排気ライン６８に連結されている。昇圧ファン７２および制御弁７３は、前記酸素側分岐ライン７１に前記酸素側排気ライン６８から順次介装されている。なお、前記制御弁７３は前記燃料電池に供給される酸素を所定温度に制御するように排酸素の再循環量を調節する機能を有する。このような酸素側分岐ライン７１、昇圧ファン７２および制御弁７３により排酸素再循環機構７４を構成している。
【００２６】
前記燃焼器５９で発生した蒸気は、蒸気タービン７５に供給され、このタービン７５により発電機７６が発電される。前記蒸気タービン７５は、配管７７を通して復水タンク７８に連結されている。前記配管７７には、前記タービン７５側から蒸発器（給水加熱器）７９および凝縮器８０が順次介装されている。
【００２７】
前記復水タンク７８は、給水ライン８１およびこれから分岐した第１，第２の分岐給水ライン８２，８３を通して前記蒸発器７９に連結されている。前記給水ライン８１には、給水ポンプ８４が介装されている。なお、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８５を通して系外に回収される。前記第１，第２の分岐給水ライン８２，８３には、流量制御弁８６，８７がそれぞれ介装されている。前記流量制御弁８６は、前記排燃料冷却用熱交換器６１出口温度および前記燃焼器５９の入口温度を所定の温度になるように給水量を調節する機能を有する。前記流量制御弁８７は、前記排酸素冷却用熱交換器７０出口温度および前記燃焼器５９の入口温度を所定の温度になるように給水量を調節する機能を有する。
【００２８】
前記蒸発器７９から延出され、前記第１分岐給水ライン８２と連通する第１蒸気ライン８８および前記蒸発器７９から延出され、前記第２分岐給水ライン８３と連通する第２蒸気ライン８９は，それぞれ前記排燃料冷却用熱交換器６１および前記排酸素冷却用熱交換器７０を経由して統合され、かつ統合された蒸気ライン９０は前記燃焼器５９に連結されている。
【００２９】
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。
【００３０】
まず、水素燃料タンク５１から水素を燃料供給ライン５２を通して固体電解質燃料電池５３の燃料室５５に供給するとともに、酸素タンク６６から酸素を酸素供給ライン６７を通して前記燃料電池５３の酸素室５６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５３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５５および酸素室５６の間に配置された発電膜５４により電池反応がなされ、前記発電膜５４に接続された直交流変換器５７から交流電圧として出力される。
【００３１】
前記燃料電池５３の燃料室５５出口の排気（排燃料；蒸気を含む）は、燃料加熱用熱交換器６０および排燃料冷却用交換器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５２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５２の水素と熱交換されて冷却され、さらに排燃料冷却用交換器６１を通過する過程で第１蒸気ライン８８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５５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。さらに、燃料側分岐ライン６２、昇圧ファン６３および制御弁６４から構成される排燃料再循環機構６５により冷却した後の排燃料を前記燃料加熱用熱交換器６０上流側の燃料供給ライン５２に供給することにより、前記燃料電池５３出口の温度を適切な温度まで下げることが可能になる。
【００３２】
一方、前記燃料電池５３の酸素室５６出口の排気（排酸素；蒸気を含む）は、酸素加熱用熱交換器６９および排酸素冷却用熱交換器７０が介装された酸素側排気ライン６８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６９を通過する過程で前記酸素供給ライン６７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６９を通過する過程で酸素供給ライン６７の酸素と熱交換されて冷却され、さらに排酸素冷却用熱交換器７０を通過する過程で第２蒸気ライン８９の低温蒸気と熱交換されて冷却される。このため、前記酸素室５６出口の排酸素に比べて低温化された排酸素を前記燃焼器５９に供給することが可能になる。さらに、酸素側分岐ライン７１、昇圧ファン７２および制御弁７３から構成される排酸素再循環機構７４により冷却した後の排酸素を前記酸素加熱用熱交換器６９上流側の酸素供給ライン６７に供給することにより、前記燃料電池５３の出口温度を適切な温度まで下げることが可能になる。
【００３３】
前述したように排燃料再循環機構６５からの排燃料の燃料供給ライン５２への供給および燃料加熱用熱交換器６０での水素の加熱により所定温度に加熱された水素を前記燃料電池５３の燃料室５５に供給でき、かつ排酸素再循環機構７４からの排酸素の酸素供給ライン６７への供給および酸素加熱用熱交換器６９での酸素の加熱により所定温度に加熱された酸素を前記燃料電池５３の酸素室５６に供給できるため、既に述べた燃料電池５３での電池反応が円滑になされ、前記発電膜５４に接続された直交流変換器５７から交流電圧として効率よく出力できるとともに、燃料電池５３の出口温度が過度に上昇するのを防止することが可能になる。
【００３４】
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７５に供給することにより発電機７６が発電される。
【００３５】
前記蒸気タービン７５の出口蒸気は、蒸発器７９および凝縮器８０が介装された配管７７を通過する過程で凝縮され、復水として復水タンク７８に溜められる。この復水タンク７８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８５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８４により圧縮した状態で給水ライン８１および第１，第２の分岐給水ライン８２，８３を通して前記蒸発器７９に供給され、ここで前記タービン７５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、それぞれ第１，第２の蒸気ライン８８，８９を通して前記排燃料冷却用交換器６１および排酸素冷却用交換器７０を通過する過程で前述した排燃料、排酸素とそれぞれ熱交換されて加熱され、さらにこの蒸気は統合した蒸気ライン９０を通して前記燃焼器５９に供給される。
【００３６】
前述したよう燃料側排気ライン５８に燃料供給ライン５２の水素で熱交換される燃料加熱用熱交換器６０および第１蒸気ライン８８の低温蒸気で熱交換する排燃料冷却用交換器６１をそれぞれ設けて、前記燃料電池５３の燃料室５５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６７の酸素と熱交換される酸素加熱用熱交換器６９および第２蒸気ライン８９の低温蒸気で熱交換する排酸素冷却用交換器７０をそれぞれ設けて、前記燃料電池５３の酸素室５６の出口排酸素に比べて低温化された排酸素を燃焼器５９に供給し、さらに前記排燃料冷却用交換器６１および排酸素冷却用交換器７０を通過する過程でそれぞれ熱交換されて加熱された蒸気を燃焼器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７５の許容温度以下に抑えることが可能になると共に、許容温度で最大量の蒸気を蒸気タービン７５に供給することが可能になる。その結果、発電機７６を効率よく発電することが可能になる。
【００３７】
したがって、本発明によれば固体電解質燃料電池５３と燃焼器５９および蒸気タービン７５の複合化、燃料供給ライン５２への排燃料再循環機構６５からの蒸気を含む冷却した排燃料の供給、燃料電池の燃料室出口の排燃料、酸素室出口の排酸素の冷却および前記燃焼器への蒸気の供給によって、前記燃料電池５３を適切な温度（１０００℃前後）に維持しつつ効率的な発電を行なうことができ、かつ前記燃料電池５３の未利用水素、残存酸素および水蒸気を燃焼器５９に導入してこの後段の蒸気タービン７５の許容温度を超えない温度に蒸気を発生して発電機７６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。
【００３８】
次に、前述した燃料電池の電池反応効率の向上、燃焼器および蒸気タービンによる発電効率の向上をモデル化して説明する。
【００３９】
固体電解質燃料電池は、その設計品質により差異があるが、通常、最高発電量（発電効率）は５０％、熱発生量３５％、未燃分１５％である。また、燃料電池の作動温度は１０００℃であり、極力一定の温度に保持することが必要である。
【００４０】
例えば、前記燃料電池に１ｋｍｏｌの水素を供給することを想定した場合、その保有エネルギーは約５７０００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌであり、この中の約２００００ｋｃａｌが熱となる。水素１ｋｍｏｌにより発生する蒸気量は、水素１ｍｏｌで［Ｈ2＋（１／２Ｏ2）＝Ｈ2Ｏ］から約１８ｋｇである。排燃料再循環機構６５から蒸気を燃料供給ライン５２に供給しない場合には、２００００（ｋｃａｌ／ｋｇ）／［１８（ｋｇ／ｋｍｏｌ）×０．５７（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）］｛ここで０．５７ｋｃａｌ／ｋｇ℃は蒸気の比熱を示す｝の式から約２０００℃に温度が上昇して燃料電池の運転が不可になる。したがって、前記排燃料再循環機構６５から７００℃の低温蒸気を燃料供給ライン５２に約１００ｋｇ供給することにより、熱量計算から燃料電池の出口温度を約１０００℃にすることが可能になる。
【００４１】
一方、燃料電池５３出口の約１０００℃にした排燃料は排燃料冷却用熱交換器６１を通過する過程で第１蒸気ライン８８の低温蒸気と熱交換して冷却され、かつ同出口の約１０００℃にした排酸素は排酸素冷却用熱交換器７０を通過する過程で第２蒸気ライン８９の低温蒸気と熱交換して冷却されることにより、それら排燃料および排酸素はそれぞれ７００℃程度に下げることが可能になる。このような排燃料および排酸素を燃焼器５９に供給するとともに、第１，第２の蒸気ライン８８，８９を通して前記排燃料冷却用熱交換器６１および排酸素冷却用熱交換器７０を通過する過程で前述した排燃料、排酸素とそれぞれ熱交換されて加熱された加熱蒸気が蒸気ライン９０を通して前記燃焼器５９に供給されることによって、前記燃焼器出口温度は後段の比較的低温の蒸気タービン７５の許容温度に維持でき、同時に蒸気量を実質的に増大できるためタービン出力を最大にすることができる。
【００４２】
例えば、蒸気ライン９０から加熱蒸気を燃焼器５９に投入しない場合の燃焼器５９出口温度を計算する。既に述べたように水素１ｋｍｏｌの保有エネルギーは約５７０００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌである。また、水素１ｋｍｏｌを燃料電池５３に供給したときの燃料利用率は概ね８５％であるから、燃料電池５３の燃料室５５出口の排燃料（排水素）は１５％、つまり０．１５ｋｍｏｌであり、その排水素の発熱量は５７０００ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ×０．１５の計算から８５５０ｋｃａｌになる。さらに、前記燃料電池５３に供給された水素１ｋｍｏｌの全てが酸素と反応して水蒸気に変化したとすると、約１８ｋｇの水蒸気量が燃焼器５９に供給されることになる。したがって、約７００℃の排水素および排酸素を前記燃焼器５９に供給すると、燃焼器５９出口温度は次式から求められる。
【００４３】
燃焼器５９出口温度＝７００℃＋｛８５５０（ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ）／［１８（ｋｇ／ｋｍｏｌ）×０．５７（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）］｝＝１５３３℃
ここで、０．５７ｋｃａｌ／Ｋｇ℃は蒸気の比熱を示す。
【００４４】
よって、蒸気ライン９０から加熱蒸気を燃焼器５９に投入しない場合には燃焼器５９出口温度は蒸気タービン７５の許容温度以上になる。
【００４５】
これに対し、本発明のように蒸気ライン９０から例えば２２ｋｇの加熱蒸気を燃焼器５９に投入すると、蒸気量は１８＋２２＝４０（ｋｇ／ｋｍｏｌ）になることから燃焼器５９出口温度は次式から求められる。
【００４６】
燃焼器５９出口温度＝７００℃＋｛８５５０（ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ）／［４０（ｋｇ／ｋｍｏｌ）×０．５７（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）］｝＝１０７５℃
よって、蒸気ライン９０から加熱蒸気を燃焼器５９に投入した場合には燃焼器５９出口温度は蒸気タービン７５の許容温度以下に下げることかでき、しかも燃焼器５９に加熱蒸気を供給することにより蒸気量を実質的に増大できるためタービン出力を最大にすることができる。
【００４７】
【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燃焼器との複合化、燃料供給ラインへの排燃料再循環機構からの蒸気を含む冷却した排燃料の供給、燃料電池の燃料室出口の排燃料、酸素室出口の排酸素の冷却および前記燃焼器への蒸気の供給によって、燃料電池での電池反応の効率化および蒸気タービンによる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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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２】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３】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…水素燃料タンク、
５２…燃料供給ライン、
５３…固体電解質燃料電池、
５９…燃焼器、
６０…燃料加熱用熱交換器、
６１…排燃料冷却用熱交換器、
６５…排燃料再循環機構、
６６…酸素タンク、
６７…酸素供給ライン、
６９…酸素加熱用熱交換器、
７０…排酸素冷却用熱交換器、
７４…排酸素再循環機構、
７５…蒸気タービン、
７６…発電機、
７８…復水タンク、
８８，８９，９０…蒸気ライン。
【図１】
0004209015.tif 000002
【図２】
0004209015.tif 000003
【図３】
0004209015.tif 000004