JP2009043487A

JP2009043487A - 発電システム

Info

Publication number: JP2009043487A
Application number: JP2007205691A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Toyoda; 充生豊田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-07
Also published as: JP5183119B2

Abstract

【課題】二酸化炭素を含むガスを利用して発電を行いつつ、このガスに含まれる二酸化炭素を効率的に回収できる発電システムを提供すること。
【解決手段】発電システム１０を、二酸化炭素を含むガスが供給されるカソード２３ａと、水素ガスが供給されるアノード２３ｂとを有する燃料電池２３と、アノード２３ｂから排出されたアノード排ガスから二酸化炭素ガスの一部を液化して回収する二酸化炭素回収装置８３と、二酸化炭素回収装置８３に供給されるアノード排ガスを予め冷却する冷却器８２と、カソード２３ａから排出されたカソード排ガスから水を回収する水回収装置４３と、水回収装置４３で回収された水を電気分解してアノード２３ｂに供給される水素ガスを生成する水電解装置３０とを備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電システムに関し、特にアノードとカソードとを有する燃料電池を備え、この燃料電池の酸化剤として発電所排ガス等の二酸化炭素を含むガスを利用する発電システムに関する。

火力発電所は、石炭や液化天然ガス等の燃料をボイラで燃焼させて水蒸気を生成し、この水蒸気によってタービンを駆動して発電を行う。火力発電所は、この発電に伴って二酸化炭素を、例えば、１５％程度含む排ガスを排出する。火力発電所から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素は、地球温暖化の原因物質となるため、従来から、大気中での二酸化炭素残存量を低減する試みが行われている。

火力発電所から発生する二酸化炭素を低減させる技術としては、多孔質のカソードに火力発電所の排ガスを供給して電気化学反応を行わせ、二酸化炭素を炭酸イオンとして二酸化炭素を低減する二酸化炭素分離方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２２３４７５号公報

ここで、二酸化炭素をカソードからアノードへと分解するためには、アノードに供給するための水素ガスが必要である。従来、水素ガスは、例えば、外部から供給された水を水蒸気化し、この水蒸気とメタンを含む天然ガス等とを反応させて生成していた。

しかし、火力発電所から排出される大量の発電所排ガスに応じた水素を用意するためには、大量の水蒸気が必要であり、仮に、水蒸気が不足すると、アノードに対する水素の供給が安定せず、また、水蒸気生成のための熱源を別に設けると、エネルギーロスとなるため、二酸化炭素の回収の効率が低下する可能性がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、二酸化炭素を含むガスを利用して発電を行いつつ、このガスに含まれる二酸化炭素を効率的に回収できる発電システムを提供することである。

本発明者らは、カソードから排出されたカソード排ガスから水を回収し、この水を電気分解して水素ガスを生成することによって、二酸化炭素を含むガスを酸化剤にして発電を行いつつ、アノードに水素ガスを安定して供給できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、以下の解決手段により、前記課題を解決する。
請求項１の発明は、二酸化炭素ガスを含むガスが供給されるカソードと、水素ガスが供給されるアノードとを有する燃料電池と、前記アノードから排出されたアノード排ガスから、前記アノード排ガスに含まれる二酸化炭素ガスの一部を液化又は固体化して回収する二酸化炭素回収装置と、前記アノードと前記二酸化炭素回収装置との間に設けられ、前記二酸化炭素回収装置に供給される前記アノード排ガスを予め冷却する冷却器と、前記カソードから排出されたカソード排ガスから水を回収する水回収装置と、前記水回収装置で回収された水を電気分解して前記アノードに供給される前記水素ガスを生成する水電解装置とを備える発電システムである。

請求項１に記載の発電システムは、燃料電池が、例えば、火力発電所等から排出される二酸化炭素ガスを含むガスを酸化剤として発電を行いつつ、二酸化炭素を分離して取り出す。そして、二酸化炭素回収装置が、この二酸化炭素を液化又は固体化して回収する。

ここで、アノード排ガスの温度は、燃料電池の種類にもよるが、例えば、６００℃以上であるが、請求項１に記載の発電システムは、アノード排ガスを予め冷却する冷却器を備えているので、二酸化炭素回収装置の負荷を軽減でき、二酸化炭素を効率的に回収することができる。

また、水回収部によってカソード排ガスに含まれる水を回収するとともに、水電解装置がこの水からアノードに供給される水素を生成するから、アノードに対して安定して水素を供給することができる。したがって、二酸化炭素の回収効率が向上する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発電システムにおいて、前記カソードと前記水回収装置の間に設けられ、循環水と前記カソード排ガスとの熱交換を行うことによって、前記水回収装置に供給される前記カソード排ガスを予め降温させるとともに前記循環水を水蒸気化する熱交換器と、前記熱交換器から排出された水蒸気を液化する液化装置と、前記液化装置で液化された循環水を前記冷却器を通して前記熱交換器に戻す循環ポンプとをさらに備え、前記冷却器は、前記循環水を冷媒として前記アノード排ガスの冷却を行うことを特徴とする発電システムである。

請求項２に記載の発電システムは、熱交換器が循環水によってカソード排ガスを予め降温させるので、水回収装置に対する負荷が軽減される。また、循環水は、熱交換器で水蒸気化された後、液化装置で液化され、循環ポンプによって冷却器に供給され、冷却器は、この循環水によってアノード排ガスを冷却する。請求項２に記載の発電システムは、このように循環水を循環させることによって、アノード排ガス、カソード排ガスをそれぞれ冷却、降温させるから、効率がよい。また、循環水を冷却器でアノード排ガスと熱交換し、さらに熱交換器でカソード排ガスと熱交換することにより水蒸気を生成するため、効率的に水蒸気を生成でき、さらに発電効率が向上する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発電システムにおいて、前記熱交換器から排出された水蒸気を利用して発電を行う蒸気発電部をさらに備えることを特徴とする発電システムである。

請求項３に記載の発電システムは、循環水を利用して発電を行うので、さらに発電効率が向上する。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の発電システムにおいて、前記燃料電池は、前記アノードと前記カソードとの間に配置され、溶融炭酸塩を電解質として用いた電解質板を備えることを特徴とする発電システムである。

請求項４に記載の発電システムは、溶融炭酸塩形燃料電池によって発電を行うので、発電効率がよい。

本発明に係る発電システムによれば、二酸化炭素ガスを含むガスを利用して発電を行いつつ、このガスに含まれる二酸化炭素を効率的に回収することができる。

以下、本発明を適用した発電システムの実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、実施形態の発電システムの構成を示す図である。
図２は、図１に示す発電システムに備えられたＭＣＦＣ（ＭｏｌｔｅｎＣａｒｂｏｎａｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）の構造を示す図である。

実施形態の発電システム１０は、火力発電所１００から排出される発電所排ガス（石炭炊きボイラ１０１から排出される燃焼ガス）を燃料電池（ＭＣＦＣ２３）に供給することによって発電を行うとともに、発電所排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを液化して回収するものである。発電所から排出される発電所排ガスの温度は、例えば、１００℃程度となっており、この中には、二酸化炭素が、例えば、１５％程度含まれている。

発電システム１０は、図１に示すように、第１発電部２０、水電解装置３０、水回収部４０、第２発電部５０、カソードリサイクルブロワ６０、第３発電部７０、及び、二酸化炭素回収部８０を備えている。発電システム１０を形成するこれらの各要素は、配管等によって接続されており、発電所排ガス、水蒸気、水素ガス、アノード排ガス、カソード排ガス等の各気体、及び、水等の液体は、配管を介して上記各要素間を移動する。

第１発電部２０は、火力発電所１００から排出される発電所排ガスを酸化剤として発電を行う部分であり、燃料予熱器２１、改質器２２（改質室２２ａ、加熱室２２ｂ）、ＭＣＦＣ２３（カソード２３ａ、アノード２３ｂ）、及び、触媒燃焼室２４を備えている。

ここで、本実施形態の発電システム１０において、燃料予熱器２１に燃料を供給するためのラインは、２系統用意されている。このうち、１系統は、水電解装置３０において生成された水素を燃料予熱器２１に供給するようになっている。また、他の１系統は、天然ガスを後述する蒸気タービン７１からの水蒸気と混合して燃料予熱器２１に供給するようになっている。

燃料予熱器２１は、後述する水電解装置３０から供給される水素ガスを、例えば、３８０℃程度に昇温する部分である。燃料予熱器２１において昇温された水素ガスは、後述する改質室２２ａに供給される。燃料予熱器２１は、天然ガスを燃料とする場合は、天然ガスと水蒸気との混合ガスを、改質室２２ａ出口の水素ガスと熱交換することにより、例えば、３８０℃程度に昇温する。

改質器２２は、触媒を有する改質室２２ａを備えている。この改質室２２ａは、水電解水素を通過させることにより、所定の温度（例えば６３０℃程度）にまで加熱する。天然ガスを燃料とする場合は、燃料予熱器２１から供給される天然ガスに含まれるメタンと水蒸気とを反応させて水素ガスを生成し、（（式１）参照）水素ガス生成装置として機能する。また、改質器２２は、加熱室２２ｂを備え、改質室２２ａは、この加熱室２２ｂによって、水電解水素の加熱あるいは天然ガスの改質反応に適した所定の温度（例えば、７８０℃程度）以上に保たれる。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２・・・（式１）

改質室２２ａからの水素ガスは、燃料予熱器２１に戻されて、例えば、５８０℃程度に降温された後、後述するＭＣＦＣ２３のアノード２３ｂに供給される。

燃料予熱器２１は、後述する水電解装置３０から供給される水素ガスを、例えば、５８０℃程度に昇温する部分である。燃料予熱器２１において昇温された水素ガスは、後述するＭＣＦＣ２３のアノード２３ｂに供給される。

ＭＣＦＣ２３は、図２に示すように、カソード２３ａとアノード２３ｂとを備えるとともに、これらの電極の間に溶融炭酸塩を電解質として用いた電解質板２３ｃが備えられた溶融炭酸塩形燃料電池である。ＭＣＦＣ２３は、例えば、６５０℃程度で作動するようになっている。

カソード２３ａは、後述するカソードリサイクルブロワ６０によって供給される混合ガス（発電所排ガス及び空気）に含まれる酸素及び二酸化炭素ガスから、（式２）に示す電気化学反応によって炭酸イオンを生成し、水蒸気と未反応ガスとを含むカソード排ガスを排出する。カソード２３ａから排出されるカソード排ガスの温度は、例えば、６５０℃程度である。

１／２Ｏ_２＋ＣＯ_２＋２ｅ⁻→ＣＯ_３ ^２−・・・（式２）

カソード排ガスは、適宜その一部が後述する触媒燃焼室２４に供給される。また、カソード排ガスは、他の一部がカソードリサイクルブロワ６０に戻される。これは、カソード２３ａに導入されるガス量を増加させて、発熱反応を行うＭＣＦＣ２３が過熱することを防止するためである。

触媒燃焼室２４及びカソードリサイクルブロワ６０に供給されない残りのカソード排ガスは、後述する水回収部４０に供給される。

アノード２３ｂは、カソード２３ａによって生成された炭酸イオンと、燃料予熱器２１から供給された水素とを反応（（式３）参照）させ、水蒸気や未反応ガスを含むアノード排ガスを排出する。アノード排ガスの温度は、アノード２３ｂの出口付近で、例えば、６５６℃程度となっている。

Ｈ_２＋ＣＯ_３ ^２−→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻・・・（式３）

アノード排ガスは、適宜その一部が後述する触媒燃焼室２４に供給される。また、触媒燃焼室２４に供給されないアソード排ガスは、後述する二酸化炭素回収部８０に備えられた熱交換器８１に供給される。

触媒燃焼室２４は、アノード排ガスに含まれる未反応水素及びカソード排ガスに含まれる未反応酸素を混合燃焼する部分であり、これらのガスは、燃焼後、例えば、７９０℃程度となり、前述した改質器２２の加熱室２２ｂに供給される。この加熱室２２ｂに供給された混合燃焼後のガスは、後述するカソードリサイクルブロワ６０に戻される。

水電解装置３０は、アノード２３ｂに燃料として供給される水素ガスを生成する部分である。水電解装置３０は、後述する気水分離器４３に接続されており、気水分離器４３から排出された水が供給される。水電解装置３０は、この水を電気分解することによって、アノード２３ｂに供給される水素ガスを生成するようになっている。

水回収部４０は、カソード２３ａから排出されたカソード排ガスに含まれる水蒸気を液化して回収する部分であり、補助燃焼室４１、排熱回収ボイラ４２、及び、気水分離器４３を備えている。

補助燃焼室４１は、カソード排ガスの温度が低い場合に天然ガスを補助燃料にしてカソード排ガスを昇温するものである。なお、補助燃焼室４１には、発電システム１０の起動時等、カソード排ガスの温度が特に低い場合、火力発電所１００から排出される発電所排ガスと空気との混合気が導入される。

この補助燃焼室４１を通過したカソード排ガスは、後述する第２発電部５０に備えられたガスタービン５１へ通過して、排熱回収ボイラ４２に供給される。ガスタービン５１については、後に説明する。

排熱回収ボイラ４２は、補助燃焼室４１を通過したカソード排ガス（例えば、５００℃程度）と、後述する冷却器８２から排出された循環水（例えば、１５℃程度）との熱交換を行って、循環水を水蒸気化する熱交換器である。これによって、補助燃焼室４１を通過したカソード排ガスは、例えば、１９３℃程度に降温される。ここで、本明細書において、単に水（循環水を含む）といった場合は、液体の水を意味し、気体の水蒸気とは区別するものとする。

排熱回収ボイラ４２で生成された水蒸気は、後述する第３発電部７０に備えられた蒸気タービン７１に送られる。蒸気タービン７１については、後に説明する。

気水分離器４３は、補助燃焼室４１及び排熱回収ボイラ４２を通過し、予め降温されたカソード排ガスを、さらに、例えば、１５℃程度に冷却して、カソード排ガスに含まれる水分を分離する水回収装置である。水分を分離した後のカソード排ガスは、排ガスとして、例えば、大気中に放出される。

気水分離器４３によって取り出された水は、循環ポンプ７５によって前述の水電解装置３０に供給され、電気分解される。

第２発電部５０は、カソード２３ａから排出されるカソード排ガスを利用して発電を行う部分であり、ガスタービン５１、コンプレッサ５２、及び、ジェネレータ５３を備えている。

ガスタービン５１は、補助燃焼室４１から排熱回収ボイラ４２に向けて供給されるカソード排ガスを利用して駆動される。

コンプレッサ５２は、ガスタービン５１に連動して駆動される。このコンプレッサ５２は、火力発電所１００から排出される発電所排ガスと空気とを混合し、この混合ガスをカソード２３ａに供給するものである。

ジェネレータ５３は、ガスタービン５１に連動して駆動されることによって発電を行うようになっている。このジェネレータ５３は、例えば、カソードリサイクルブロワ６０に備えられた電動モータＭに電気を供給する。

カソードリサイクルブロワ６０は、電動モータＭを備えた送風装置であり、コンプレッサ５２から排出された混合ガス、カソード２３ａから排出されたカソード排ガスの一部、及び、触媒燃焼室２４から排出されたガスをカソード２３ａに供給するようになっている。

第３発電部７０は、循環水を適宜、水蒸気化又は液化させながら循環させながら発電を行う部分であり、蒸気タービン７１、コンプレッサ７２、ジェネレータ７３、凝縮器７４、循環ポンプ７５を備えている。

蒸気タービン７１は、排熱回収ボイラ４２に接続されており、排熱回収ボイラ４２から排出された水蒸気が供給される。蒸気タービン７１は、この水蒸気を利用して駆動される。蒸気タービン７１を駆動した水蒸気は、水電解水素を燃料とする場合は、後述する凝縮器に送られ、液化された後、循環ポンプ７５によって水電解装置３０へと供給される。天然ガスを燃料とする場合は、天然ガスと混合して第１発電部２０に備えられた燃料予熱器２１に供給される。この水蒸気は、改質室２２ａにおいて天然ガスを改質して水素ガスを生成する。

コンプレッサ７２は、蒸気タービン７１に連動して駆動される。前述のコンプレッサ５２とこのコンプレッサ７２は、協働して火力発電所１００から排出される発電所排ガスと空気とを混合し、この混合ガスをカソード２３ａに供給する。

ジェネレータ７３は、蒸気タービン７１に連動して駆動されることによって発電を行うようになっており、蒸気タービン７１と協働して蒸気発電部として機能する。このジェネレータ７３が発電する電気の使用用途は、特に限定されない。

凝縮器７４は、蒸気タービン７１を通過した水蒸気を冷却して液化（凝縮）する液化装置である。

循環ポンプ７５は、凝縮器７４から排出された水を後述する二酸化炭素回収部８０に備えられた冷却器８２に供給するものである。冷却器８２に供給された水は、冷却器８２を通過して水回収部４０に備えられた排熱回収ボイラ４２に導入され、ここで水蒸気化される。この水蒸気は、前述の蒸気タービン７１を駆動して凝縮器７４に戻され、液化される。

このように、第３発電部７０は、循環ポンプ７５によって水を循環させることによって蒸気タービン７１を駆動して発電を行うようになっている。この循環される循環水は、冷却器８２において冷媒としても機能する。

二酸化炭素回収部８０は、アノード排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを液化して回収する部分であり、熱交換器８１、冷却器８２、及び、二酸化炭素回収装置８３を備えている。熱交換器８１は、アノード２３ｂと冷却器８２との間に、冷却器８２は、熱交換器８１と二酸化炭素回収装置８３との間にそれぞれ設けられている。

ここで、本明細書において、熱交換器８１がアノード２３ｂと冷却器８２との間に設けられているとは、アノード排ガスが流れる方向に沿って、アノード２３ｂ、熱交換器８１、冷却器８２が、この順番で設けられていることを意味し、実際に熱交換器８１がアノード２３ｂと冷却器８２との間に配置されていることを意味するものではない。冷却器８２についても同様とする。

熱交換器８１は、アノード２３ｂから排出された、例えば、６３６℃程度のアノード排ガスの熱と、後述する二酸化炭素回収装置８３から戻された、例えば、３０℃程度のリターンガスの熱とを交換する部分であり、リターンガスを昇温するとともに、アノード排ガスを降温させるようになっている。

冷却器８２は、熱交換器８１によって降温されたアノード排ガスをさらに冷却する部分であり、アノード排ガスは、例えば、３０℃程度に冷却される。アノード排ガスに含まれる水蒸気は、これによって液化し、アノード排ガスから除去される。

ここで、前述のように、第３発電部７０の発電に利用される循環水は、循環ポンプ７５によって、この冷却器８２に供給される。冷却器８２は、この循環水とアノード排ガスとの熱交換を行うことによって（場合により、他の冷媒を併用することによって）、アノード排ガスを冷却するようになっている。

二酸化炭素回収装置８３は、図示しない耐圧容器を備え、冷却器８２から排出されたアノード排ガスは、この耐圧容器内に収容される。二酸化炭素回収装置８３は、耐圧容器内に収容された二酸化炭素ガスを加圧・冷却することによって、アノード排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを液化して回収することができるようになっている。

これに対し、二酸化炭素回収装置８３で回収されない水素ガス等の未反応ガスを含むアノード排ガス（例えば、３０℃程度）は、リターンガスとして前述の熱交換器８１に戻され、アノード２３ｂから排出されたアノード排ガス（例えば、６３６℃程度）と熱交換を行うことによって、例えば、５８０℃程度に昇温される。

この昇温されたリターンガスは、第１発電部２０に設けられた触媒燃焼室２４に戻され、カソード排ガスに含まれる酸素と混合燃焼させることにより、例えば、７９０℃程度にとなる。この昇温されたリターンガスは、加熱室２２ｂに供給され、燃料予熱器２１から改質室２２ａに供給された水電解水素の加熱、あるいは、天然ガス及び水蒸気の改質反応のための熱源とされた後、カソードリサイクルブロワ６０に供給され、カソードリサイクルブロワ６０によって、再びカソード２３ａに戻される。

このようにアノード２３ｂから排出されたアノード排ガスは、その一部が二酸化炭素回収部８０とカソード２３ａとを介して循環され、カソードリサイクルブロワ６０は、ガス循環手段の一部として機能する。

次に、本実施形態の発電システム１０によって火力発電所１００から排出される二酸化炭素ガスを回収する際の流れを説明する。

火力発電所１００に備えられた石炭炊きボイラ１０１から排出された発電所排ガスは、コンプレッサ５２、７２によって空気と混合され、この混合ガスがＭＣＦＣ２３に備えられたカソード２３ａに供給される。

カソード２３ａに供給された混合ガスは、ＭＣＦＣ２３において酸化剤として使用され、ＭＣＦＣ２３は、これによって発電を行い、アノード２３ｂから二酸化炭素ガスを含むアノード排ガスを排出する。アノード２３ｂから排出されたアノード排ガスは、二酸化炭素回収部８０に供給され、二酸化炭素回収部８０は、アノード排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを液化して回収する。

ここで、ＭＣＦＣ２３は、発電反応後において、発電反応前よりもガス中の二酸化炭素濃度が高濃度になるという二酸化炭素濃縮機能を有しており（図２参照）、アノード排ガスには、発電所排ガスに含まれていた二酸化炭素が濃縮される。このアノード排ガスは、二酸化炭素回収装置８３によって液化されて回収される。

本実施形態の発電システム１０では、アノード排ガスに含まれる二酸化炭素ガスを液化することによって、発電システム１０に供給される発電所排ガスに含まれる二酸化炭素ガスの、約４０％を二酸化炭素回収装置８３で回収できる。この二酸化炭素回収装置８３において回収された二酸化炭素（液体）の使用用途は、特に限定されず、例えば、他の工業用途に用いてもよいし、海底（海中）に隔離してもよい。

以上説明した実施形態の発電システム１０は、以下の効果を得ることができる。
（１）火力発電所１００から排出される発電所排ガスは、二酸化炭素ガスの他にも水蒸気や窒素ガス等の各種成分を含んでいるが、ＭＣＦＣ２３の二酸化炭素濃縮機能によってアノード排ガスに二酸化炭素が濃縮されるので、発電所排ガスから容易かつ効率的に二酸化炭素を回収することができる。

（２）二酸化炭素ガスを二酸化炭素回収装置８３で回収する前段階で、熱交換器８１及び冷却器８２によってアノード排ガスを予め冷却するので、二酸化炭素回収装置８３に対する負荷を軽減できる。

（３）アノード２３ｂに供給される水素ガスを、水回収部４０で回収した水を電気分解して生成するので、水素ガスを安定して生成できる。したって、二酸化炭素の回収効率及び発電効率が向上する。

（４）水電解装置３０によって水素を生成するので、安価な夜間電力を利用することができるとともに、昼間は天然ガスを利用することにより、電力系統の昼間と夜間の負荷平準化に寄与できる。

（５）水電解装置３０によって水素を生成するので、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーを利用して環境負荷を低減できるとともに、天然ガスと併用することにより、自然エネルギーの不安定な出力を平滑化できる。

（６）熱交換器８１は、冷却器８２及び二酸化炭素回収装置８３で冷却されたリターンガス（３０℃程度）を利用してアノード２３ｂから排出されたアノード排ガスを降温させるので、効率がよい。

（７）二酸化炭素回収装置８３で回収されなかった未反応ガスをリターンガスとしてＭＣＦＣ２３に戻すので、リターンガス中の未反応水素を有効に利用できる。

（８）アノード排ガス及びカソード排ガスをそれぞれ降温させる循環水を利用して発電を行う第３発電部７０を備えるので、さらに発電効率が向上する。

（９）燃料電池として、特に発電効率が高いＭＣＦＣ２３を使用したので、発電効率がよい。

［変形形態］
本発明は、以上説明した実施形態に記載した構成に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）本発明の発電システムの構成は、実施形態に記載したものに限らず、適宜変更が可能である。例えば、実施形態の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素ガスを液化して回収するものであったが、これに限らず、例えば、二酸化炭素を固体化（ドライアイス化）して回収するものであってもよい。

（２）二酸化炭素の回収方法は、実施形態に記載した方法に限らず、例えば、化学吸収法（アミン法等）、吸着法（ＰＳＡ法等）、膜分離法（高分子膜等）等の、その他の公知の二酸化炭素回収方法を用いてもよい。

（３）火力発電所から排出される発電所排ガスは、例えば、石炭を燃焼して発生させたものであっても天然ガスを燃焼して発生させたものであってもよい。また、その他の燃料を燃焼させて発生させたものであってもよい。

（４）本発明の発電システムは、火力発電所排ガス以外であっても、化学プラントや清掃工場等、二酸化炭素を含むガスの排出源と組合せ、それらの排ガスから二酸化炭素を回収してもよい。

実施形態の発電システムの構成を示す図である。図１に示す発電システムに備えられたＭＣＦＣの構造を示す図である。

符号の説明

１０発電システム
２０第１発電部
２３ＭＣＦＣ
２３ａカソード
２３ｂアノード
３０水電解装置
４０水回収部
４２排熱回収ボイラ
４３気水分離器
５０第２発電部
６０カソードリサイクルブロワ
７０第３発電部
８０二酸化炭素回収部
８１熱交換器
８２冷却器
８３二酸化炭素回収装置
１００火力発電所

Claims

二酸化炭素ガスを含むガスが供給されるカソードと、水素ガスが供給されるアノードとを有する燃料電池と、
前記アノードから排出されたアノード排ガスから、前記アノード排ガスに含まれる二酸化炭素ガスの一部を液化又は固体化して回収する二酸化炭素回収装置と、
前記アノードと前記二酸化炭素回収装置との間に設けられ、前記二酸化炭素回収装置に供給される前記アノード排ガスを予め冷却する冷却器と、
前記カソードから排出されたカソード排ガスから水を回収する水回収装置と、
前記水回収装置で回収された水を電気分解して前記アノードに供給される前記水素ガスを生成する水電解装置と
を備える発電システム。
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記カソードと前記水回収装置の間に設けられ、循環水と前記カソード排ガスとの熱交換を行うことによって、前記水回収装置に供給される前記カソード排ガスを予め降温させるとともに前記循環水を水蒸気化する熱交換器と、
前記熱交換器から排出された水蒸気を液化する液化装置と、
前記液化装置で液化された循環水を前記冷却器を通して前記熱交換器に戻す循環ポンプと
をさらに備え、
前記冷却器は、前記循環水を冷媒として前記アノード排ガスの冷却を行うこと
を特徴とする発電システム。
請求項２に記載の発電システムにおいて、
前記熱交換器から排出された水蒸気を利用して発電を行う蒸気発電部をさらに備えること
を特徴とする発電システム。
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の発電システムにおいて、
前記燃料電池は、前記アノードと前記カソードとの間に配置され、溶融炭酸塩を電解質として用いた電解質板を備えること
を特徴とする発電システム。