JPH11297336A - 複合発電システム - Google Patents
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- JPH11297336A JPH11297336A JP10097276A JP9727698A JPH11297336A JP H11297336 A JPH11297336 A JP H11297336A JP 10097276 A JP10097276 A JP 10097276A JP 9727698 A JP9727698 A JP 9727698A JP H11297336 A JPH11297336 A JP H11297336A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】燃料電池とガスタービンと蒸気タービンとから
なる異種の動力発生装置を組み合わせて、効率的な発電
を行うようにした複合発電システム。 【解決手段】燃料電池１０１から排出される排燃料３ｂ
である未反応水素を含む水素燃料４ｂおよび窒素１７を
除去した排気（酸素）１６の燃焼で駆動されるガスター
ビン１０５、燃料電池１０１から排出される排燃料３
ｂ、排空気１４の保有する熱で生成された蒸気３２で駆
動される蒸気タービン１０７、排空気１４の一部を燃料
電池１０１に供給する空気中１２に供給する排空気循環
ブロワ１８、および排燃料３ｂの一部を燃料電池１０１
に供給する水素燃料中２ｂ中に供給する排燃料再循環ブ
ロワ１０９からなるものとした、複合発電システム。
なる異種の動力発生装置を組み合わせて、効率的な発電
を行うようにした複合発電システム。 【解決手段】燃料電池１０１から排出される排燃料３ｂ
である未反応水素を含む水素燃料４ｂおよび窒素１７を
除去した排気（酸素）１６の燃焼で駆動されるガスター
ビン１０５、燃料電池１０１から排出される排燃料３
ｂ、排空気１４の保有する熱で生成された蒸気３２で駆
動される蒸気タービン１０７、排空気１４の一部を燃料
電池１０１に供給する空気中１２に供給する排空気循環
ブロワ１８、および排燃料３ｂの一部を燃料電池１０１
に供給する水素燃料中２ｂ中に供給する排燃料再循環ブ
ロワ１０９からなるものとした、複合発電システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池とガスタ
ービンと蒸気タービンとからなる異種の動力発生装置を
組み合わせて、効率的な発電を行うようにした複合発電
システムに関する。
ービンと蒸気タービンとからなる異種の動力発生装置を
組み合わせて、効率的な発電を行うようにした複合発電
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】供給された燃料エネルギーを効率的に電
力に変換するために異種の動力発生装置、例えば、ガス
タービンと蒸気タービンとを組み合わせて発電効率を向
上させるようにした複合発電システム、いわゆる、コン
バインド発電システムが実用化されている。
力に変換するために異種の動力発生装置、例えば、ガス
タービンと蒸気タービンとを組み合わせて発電効率を向
上させるようにした複合発電システム、いわゆる、コン
バインド発電システムが実用化されている。
【０００３】また、このような複合発電システムにおけ
る燃料と空気との化学反応による発電に代えて、燃料と
空気との電気化学反応を利用して発電を行い、騒音が発
生せず、クリーンで発電効率を向上させることができる
ようにした燃料電池の実用化も進められている。
る燃料と空気との化学反応による発電に代えて、燃料と
空気との電気化学反応を利用して発電を行い、騒音が発
生せず、クリーンで発電効率を向上させることができる
ようにした燃料電池の実用化も進められている。
【０００４】さらに、近年では、燃料電池とガスタービ
ンと蒸気タービンとを組み合わせて、燃料エネルギーを
さらに効率的に電力に変換し、さらに発電効率を向上さ
せるようにした複合発電システムの開発も進められてい
る。図６は、このような燃料電池、ガスタービン、およ
び蒸気タービンを組み合わせて、発電を行うようにした
公知の複合発電システムを示すブロック図である。
ンと蒸気タービンとを組み合わせて、燃料エネルギーを
さらに効率的に電力に変換し、さらに発電効率を向上さ
せるようにした複合発電システムの開発も進められてい
る。図６は、このような燃料電池、ガスタービン、およ
び蒸気タービンを組み合わせて、発電を行うようにした
公知の複合発電システムを示すブロック図である。
【０００５】図に示すように、公知の複合発電システム
では、天然ガス、石炭ガス化ガスなどの化石燃料１ａ
を、燃料用熱交換器１１１で燃料電池１０１から排出さ
れる排燃料３ａで予熱した後、入口燃料２ａにして、燃
料電池１０１へ投入する。また、燃料電池１０１には、
外気から取り入れた空気１１を、空気圧縮機１０３で圧
縮した圧縮空気１２を空気用熱交換器１１２で予熱した
後、入口空気１３にして投入する。
では、天然ガス、石炭ガス化ガスなどの化石燃料１ａ
を、燃料用熱交換器１１１で燃料電池１０１から排出さ
れる排燃料３ａで予熱した後、入口燃料２ａにして、燃
料電池１０１へ投入する。また、燃料電池１０１には、
外気から取り入れた空気１１を、空気圧縮機１０３で圧
縮した圧縮空気１２を空気用熱交換器１１２で予熱した
後、入口空気１３にして投入する。
【０００６】このようにして、入口燃料２ａと入口空気
１３とが投入され、発電を行う燃料電池１０１は、燃料
極、固体電解質、および空気極とからなり、入口燃料２
ａ中の水素および／又は一酸化炭素と入口空気１３中の
酸素とで電気化学反応を起こさせ、９００℃以上にもな
る作動温度で作動させて、発電効率４０〜５０％程度に
もなる高効率で発電を行う。また、燃料電池１０１で発
電された直流電流は、インバータ１０２で交流に変換さ
れた後、電力４１として外部へ出力される。
１３とが投入され、発電を行う燃料電池１０１は、燃料
極、固体電解質、および空気極とからなり、入口燃料２
ａ中の水素および／又は一酸化炭素と入口空気１３中の
酸素とで電気化学反応を起こさせ、９００℃以上にもな
る作動温度で作動させて、発電効率４０〜５０％程度に
もなる高効率で発電を行う。また、燃料電池１０１で発
電された直流電流は、インバータ１０２で交流に変換さ
れた後、電力４１として外部へ出力される。
【０００７】一方、燃料電池１０１に投入されたもの
の、発電に使用されなかった未反応の水素、一酸化炭素
を多く含み、燃料電池１０１から排出される高温になっ
た排燃料３ａは、上述したように、燃料用熱交換器１１
１で化石燃料１ａを予熱することにより、冷却されて冷
却排燃料４ａとなって、ガスタービン入口燃焼器１０４
に投入される。
の、発電に使用されなかった未反応の水素、一酸化炭素
を多く含み、燃料電池１０１から排出される高温になっ
た排燃料３ａは、上述したように、燃料用熱交換器１１
１で化石燃料１ａを予熱することにより、冷却されて冷
却排燃料４ａとなって、ガスタービン入口燃焼器１０４
に投入される。
【０００８】同様に、燃料電池１０１に投入されたもの
の、発電に使用されなかった未反応酸素を多く含み、燃
料電池１０１から排出される高温になった排空気１４
は、上述したように、空気用熱交換器１１２で圧縮空気
１２を予熱することにより、冷却されて冷却排空気１５
となって、ガスタービン入口燃焼器１０４に投入され
る。ガスタービン入口燃焼器１０４にそれぞれ投入され
た、冷却排燃料４ａと冷却排空気１５とは混合され、着
火されて燃焼ガスを発生させガスタービン１０５を駆動
する。
の、発電に使用されなかった未反応酸素を多く含み、燃
料電池１０１から排出される高温になった排空気１４
は、上述したように、空気用熱交換器１１２で圧縮空気
１２を予熱することにより、冷却されて冷却排空気１５
となって、ガスタービン入口燃焼器１０４に投入され
る。ガスタービン入口燃焼器１０４にそれぞれ投入され
た、冷却排燃料４ａと冷却排空気１５とは混合され、着
火されて燃焼ガスを発生させガスタービン１０５を駆動
する。
【０００９】この燃焼ガスで駆動されるガスタービン１
０５は、従来のガスタービンと同様に、前述した空気１
１を圧縮空気１２にする空気圧縮機１０３を作動させる
とともに、空気圧縮機１０３と同様に、同軸に連結され
た発電機１０６を作動させて、発電を行い電力４２を外
部に出力する。
０５は、従来のガスタービンと同様に、前述した空気１
１を圧縮空気１２にする空気圧縮機１０３を作動させる
とともに、空気圧縮機１０３と同様に、同軸に連結され
た発電機１０６を作動させて、発電を行い電力４２を外
部に出力する。
【００１０】また、ガスタービン１０５を駆動して、ガ
スタービン１０５から排出される排気ガス２１は、排気
ガスボイラ１１３にて給水３１、及び蒸気３２を加熱し
た後、冷却排気ガス２２となって煙突２０１より外部へ
排出される。この排気ガスボイラ１１３によって、５０
０℃にもなる、ガスタービン１０５からの排気ガス２１
で給水３１が蒸発させられ、さらに加熱された蒸気３２
は、蒸気タービン１０７に供給され、蒸気タービン１０
７を駆動する。蒸気タービン１０７でも、同軸に連結さ
れた発電機１０８を作動させて発電を行い、電力４３を
外部に出力するようにしている。
スタービン１０５から排出される排気ガス２１は、排気
ガスボイラ１１３にて給水３１、及び蒸気３２を加熱し
た後、冷却排気ガス２２となって煙突２０１より外部へ
排出される。この排気ガスボイラ１１３によって、５０
０℃にもなる、ガスタービン１０５からの排気ガス２１
で給水３１が蒸発させられ、さらに加熱された蒸気３２
は、蒸気タービン１０７に供給され、蒸気タービン１０
７を駆動する。蒸気タービン１０７でも、同軸に連結さ
れた発電機１０８を作動させて発電を行い、電力４３を
外部に出力するようにしている。
【００１１】さらに、排気ガスボイラ１１３の加熱によ
り蒸発させられ、加熱されて蒸気タービン１０７を駆動
した蒸気３２は、高真空圧の排気３３となって復水器１
１４内の冷却および脱気によって導入され、復水器１１
４で復水されて給水３１となり、給水ポンプ１１５を経
て排気ガスボイラ１１３へ供給され、蒸気タービン１０
７と排気ガスボイラ１１３との間を循環する。
り蒸発させられ、加熱されて蒸気タービン１０７を駆動
した蒸気３２は、高真空圧の排気３３となって復水器１
１４内の冷却および脱気によって導入され、復水器１１
４で復水されて給水３１となり、給水ポンプ１１５を経
て排気ガスボイラ１１３へ供給され、蒸気タービン１０
７と排気ガスボイラ１１３との間を循環する。
【００１２】このように、燃料電池１０１、ガスタービ
ン１０５、蒸気タービン１０７を組み合わせて発電を行
うようにし、しかも、燃料電池１０１として、作動温度
が９００℃以上にもなる固体電解質型燃料電池を使用
し、燃料電池１０１の高効率の特徴を最大に発揮するた
めに、排熱利用のガスタービン１０５、蒸気タービン１
０７のボトミングサイクルを組み合わせたコンバインド
サイクルにした公知の複合発電システムでは、６０％を
超える高い発電効率も実現可能である。
ン１０５、蒸気タービン１０７を組み合わせて発電を行
うようにし、しかも、燃料電池１０１として、作動温度
が９００℃以上にもなる固体電解質型燃料電池を使用
し、燃料電池１０１の高効率の特徴を最大に発揮するた
めに、排熱利用のガスタービン１０５、蒸気タービン１
０７のボトミングサイクルを組み合わせたコンバインド
サイクルにした公知の複合発電システムでは、６０％を
超える高い発電効率も実現可能である。
【００１３】しかしながら、上述した従来の複合発電シ
ステムでは、燃料電池１０１に投入する燃料として化石
燃料１ａを用い、酸化剤として空気１１を用いるように
しているため、その排空気１４中には窒素（Ｎ2 ）が多
量に含まれることになり、排燃料３ａ中に含まれ、煙突
２０１から冷却排気ガス２２とともに外部に放出され
る、地球温暖化の原因物質とされる二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）を分離することが困難になるという不具合があ
る。
ステムでは、燃料電池１０１に投入する燃料として化石
燃料１ａを用い、酸化剤として空気１１を用いるように
しているため、その排空気１４中には窒素（Ｎ2 ）が多
量に含まれることになり、排燃料３ａ中に含まれ、煙突
２０１から冷却排気ガス２２とともに外部に放出され
る、地球温暖化の原因物質とされる二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）を分離することが困難になるという不具合があ
る。
【００１４】このため、化石燃料１ａに代えて、二酸化
炭素を生成する炭素を含まない燃料、すなわち、水素燃
料を入口燃料２ｂとして燃料電池１０１に供給するよう
にして、二酸化炭素が含まれない冷却排燃料４ｂをガス
タービン入口燃焼器１０４に供給されるようにして、ガ
スタービン１０５を水素燃焼による燃焼ガスで駆動する
ようにして、二酸化炭素の外部放出を防止することも考
えられる。
炭素を生成する炭素を含まない燃料、すなわち、水素燃
料を入口燃料２ｂとして燃料電池１０１に供給するよう
にして、二酸化炭素が含まれない冷却排燃料４ｂをガス
タービン入口燃焼器１０４に供給されるようにして、ガ
スタービン１０５を水素燃焼による燃焼ガスで駆動する
ようにして、二酸化炭素の外部放出を防止することも考
えられる。
【００１５】図７は、燃料として水素燃料１ｂを、ま
た、酸化剤として酸素１１ａを入口燃焼器１６１に投入
して駆動するようにしたガスタービンを使用して、発電
するようにした水素・酸素発電システムを示すブロック
図である。
た、酸化剤として酸素１１ａを入口燃焼器１６１に投入
して駆動するようにしたガスタービンを使用して、発電
するようにした水素・酸素発電システムを示すブロック
図である。
【００１６】図に示すように、このような水素・酸素発
電システムでは、燃料である水素燃料１ｂと酸化剤であ
る酸素１１ａとを、圧縮蒸気１６２と共に入口燃焼器１
６１へ投入し、燃焼させて、発生した燃焼ガスを中圧タ
ービン１５２へ投入して駆動するようにしている。中圧
タービン１５２を駆動した中圧タービン排気１５４は、
熱交換器１５５，１５６，１５７，１５８に導入され、
各熱交換器１５５，１５６，１５７，１５８のそれぞれ
に導入される被加熱蒸気である、後述する給水１６８、
高圧タービン排気１７０を加熱後、低圧圧縮機１５９お
よび高圧圧縮機１６０にて圧縮され、圧縮蒸気１６２と
なって、上述したように入口燃焼器１６１に投入され
る。
電システムでは、燃料である水素燃料１ｂと酸化剤であ
る酸素１１ａとを、圧縮蒸気１６２と共に入口燃焼器１
６１へ投入し、燃焼させて、発生した燃焼ガスを中圧タ
ービン１５２へ投入して駆動するようにしている。中圧
タービン１５２を駆動した中圧タービン排気１５４は、
熱交換器１５５，１５６，１５７，１５８に導入され、
各熱交換器１５５，１５６，１５７，１５８のそれぞれ
に導入される被加熱蒸気である、後述する給水１６８、
高圧タービン排気１７０を加熱後、低圧圧縮機１５９お
よび高圧圧縮機１６０にて圧縮され、圧縮蒸気１６２と
なって、上述したように入口燃焼器１６１に投入され
る。
【００１７】一方、熱交換器１５７の後流側より、中圧
タービン排気１５４より取り出された蒸気１６３は、低
圧タービン１５３を駆動した後、低圧タービン１５３か
ら排出される低圧タービン排気１６４となって、復水器
１６５にて復水され、入口燃焼器１６１に投入される水
素燃料１ｂ、酸素１１ａの投入量に見合う水１６６を除
去した給水１６８となって、給水ポンプ１６７によって
熱交換器１５８，１５７，１５６に供給され、加熱され
て、高圧蒸気１６９となって高圧タービン１５１に供給
され、高圧タービン１５１を駆動する。
タービン排気１５４より取り出された蒸気１６３は、低
圧タービン１５３を駆動した後、低圧タービン１５３か
ら排出される低圧タービン排気１６４となって、復水器
１６５にて復水され、入口燃焼器１６１に投入される水
素燃料１ｂ、酸素１１ａの投入量に見合う水１６６を除
去した給水１６８となって、給水ポンプ１６７によって
熱交換器１５８，１５７，１５６に供給され、加熱され
て、高圧蒸気１６９となって高圧タービン１５１に供給
され、高圧タービン１５１を駆動する。
【００１８】高圧タービン１５１を駆動して、高圧ター
ビン１５１から排出される高圧タービン排気１７０は、
前述した高圧圧縮機１６０から吐出される圧縮蒸気１６
２と合流して、熱交換器１５５で加熱された後、入口燃
焼器１６１に投入される。また、高圧タービン１５１
は、低圧圧縮機１５９と同軸状に結合されて低圧圧縮機
１５９を駆動するとともに、中圧タービン１５２および
低圧タービン１５３は、高圧圧縮機１６０および発電機
１７１と同軸状に結合され、低圧圧縮機１５９から導入
される圧縮空気をさらに圧縮して高圧の圧縮空気にする
とともに、発電機１７１を作動させて発電した電力１７
２を外部に供給するようにしている。
ビン１５１から排出される高圧タービン排気１７０は、
前述した高圧圧縮機１６０から吐出される圧縮蒸気１６
２と合流して、熱交換器１５５で加熱された後、入口燃
焼器１６１に投入される。また、高圧タービン１５１
は、低圧圧縮機１５９と同軸状に結合されて低圧圧縮機
１５９を駆動するとともに、中圧タービン１５２および
低圧タービン１５３は、高圧圧縮機１６０および発電機
１７１と同軸状に結合され、低圧圧縮機１５９から導入
される圧縮空気をさらに圧縮して高圧の圧縮空気にする
とともに、発電機１７１を作動させて発電した電力１７
２を外部に供給するようにしている。
【００１９】このように構成された水素・酸素発電シス
テムでは、入口燃焼器１６１に供給される燃料および酸
化剤として、水素燃料１ｂおよび酸素１１ａを使用する
ようにしているため、前述した地球温暖化の原因物質で
ある二酸化炭素の発生を防止できる反面、６０％程度以
上の発電効率を達成するためには、入口燃焼器１６１を
設けるようにしたガスタービン、具体的には中圧タービ
ン１５２の入口温度を１７００℃以上とする必要があ
り、ガスタービン翼の冷却技術や材料の開発などを進め
る必要があるという不具合がある。
テムでは、入口燃焼器１６１に供給される燃料および酸
化剤として、水素燃料１ｂおよび酸素１１ａを使用する
ようにしているため、前述した地球温暖化の原因物質で
ある二酸化炭素の発生を防止できる反面、６０％程度以
上の発電効率を達成するためには、入口燃焼器１６１を
設けるようにしたガスタービン、具体的には中圧タービ
ン１５２の入口温度を１７００℃以上とする必要があ
り、ガスタービン翼の冷却技術や材料の開発などを進め
る必要があるという不具合がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、地球環境保
全の観点から、大気に放出される排気ガス中に二酸化炭
素の温暖化原因物質を含まず、かつ、高効率の発電シス
テムを実現するため、ガスタービンを酸素燃焼タービン
として、排気ガスからの二酸化炭素の回収を困難にして
いた排空気中に含まれる窒素をなくし、燃料に非水素を
含む燃料が使用される等により、排気ガス中に二酸化炭
素が含まれるようなことがあっても、回収を容易にし、
排気ガス中に二酸化炭素等の温暖化原因物質を含まない
ものにでき、また、酸素燃焼タービンにすることに伴う
発電効率の低下を回避するために、従来のガスタービン
入口ガス温度の高温化を伴うことなく、高い発電効率が
得られるシステムとするため、燃料電池反応に伴う発熱
は、空気又は蒸気との熱交換によって回収し、この回収
熱によって蒸気タービンを駆動するようにして、従来、
蒸気タービンを駆動するために排気ガスによって蒸気を
生成していたために、排気ガス温度を低下させることが
できず、熱回収に制限のあったガスタービンの排気ガス
温度を低下させることができるようになり、ガスタービ
ンでの熱回収を大きくして、ガスタービンの発電効率を
向上させることができるとともに、ガスタービン入口ガ
ス温度の高温化に伴う、ガスタービンの冷却技術もしく
は新材料の開発をしなくても、高効率の発電システムを
実現できる燃料電池、ガスタービン、蒸気タービンとか
らなる複合発電システムを提供することを課題とする。
全の観点から、大気に放出される排気ガス中に二酸化炭
素の温暖化原因物質を含まず、かつ、高効率の発電シス
テムを実現するため、ガスタービンを酸素燃焼タービン
として、排気ガスからの二酸化炭素の回収を困難にして
いた排空気中に含まれる窒素をなくし、燃料に非水素を
含む燃料が使用される等により、排気ガス中に二酸化炭
素が含まれるようなことがあっても、回収を容易にし、
排気ガス中に二酸化炭素等の温暖化原因物質を含まない
ものにでき、また、酸素燃焼タービンにすることに伴う
発電効率の低下を回避するために、従来のガスタービン
入口ガス温度の高温化を伴うことなく、高い発電効率が
得られるシステムとするため、燃料電池反応に伴う発熱
は、空気又は蒸気との熱交換によって回収し、この回収
熱によって蒸気タービンを駆動するようにして、従来、
蒸気タービンを駆動するために排気ガスによって蒸気を
生成していたために、排気ガス温度を低下させることが
できず、熱回収に制限のあったガスタービンの排気ガス
温度を低下させることができるようになり、ガスタービ
ンでの熱回収を大きくして、ガスタービンの発電効率を
向上させることができるとともに、ガスタービン入口ガ
ス温度の高温化に伴う、ガスタービンの冷却技術もしく
は新材料の開発をしなくても、高効率の発電システムを
実現できる燃料電池、ガスタービン、蒸気タービンとか
らなる複合発電システムを提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】このため、第１番目の本
発明の複合発電システムは、次の手段とした。
発明の複合発電システムは、次の手段とした。
【００２２】（１）空気との電気化学反応により発電を
行うために供給される燃料として、改質燃料が使用され
るようにした燃料電池から発電後に排出される未反応の
改質燃料を多く含む排燃料と、燃料電池から発電後に排
出され、空気分離器により窒素分が分離されて、未反応
の酸素を多く含む排空気とが供給され、燃焼させた燃焼
ガスで駆動されて発電を行うガスタービンを設けた。
行うために供給される燃料として、改質燃料が使用され
るようにした燃料電池から発電後に排出される未反応の
改質燃料を多く含む排燃料と、燃料電池から発電後に排
出され、空気分離器により窒素分が分離されて、未反応
の酸素を多く含む排空気とが供給され、燃焼させた燃焼
ガスで駆動されて発電を行うガスタービンを設けた。
【００２３】なお、燃料電池に供給される改質燃料とし
ては、水素燃料にすることが最も好ましいが、化石燃料
を改質して生成された水素および一酸化炭素からなる燃
料でもよい。また、従来の複合発電システムのように、
ガスタービンの排気では、蒸気タービンを駆動する蒸気
の生成を行わず、排気圧を可能な限り下げて作動させ、
ガスタービンの発電効率を向上させるようにすることが
好ましい。
ては、水素燃料にすることが最も好ましいが、化石燃料
を改質して生成された水素および一酸化炭素からなる燃
料でもよい。また、従来の複合発電システムのように、
ガスタービンの排気では、蒸気タービンを駆動する蒸気
の生成を行わず、排気圧を可能な限り下げて作動させ、
ガスタービンの発電効率を向上させるようにすることが
好ましい。
【００２４】（２）発電に使用され、加熱されて燃料電
池からガスタービンに供給される高温の排空気および排
燃料と、給水もしくは蒸気とをそれぞれ熱交換器で熱交
換させ、生成された高温、高圧の蒸気で駆動され、発電
を行う蒸気タービンを設けた。
池からガスタービンに供給される高温の排空気および排
燃料と、給水もしくは蒸気とをそれぞれ熱交換器で熱交
換させ、生成された高温、高圧の蒸気で駆動され、発電
を行う蒸気タービンを設けた。
【００２５】（３）発電に使用され、加熱されて燃料電
池からガスタービンに供給される高温の排燃料を、蒸気
タービンを駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換
器で耐熱温度にまで冷却して、燃料電池に供給される燃
料中に供給するようにした排燃料再循環ブロワを設け
た。
池からガスタービンに供給される高温の排燃料を、蒸気
タービンを駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換
器で耐熱温度にまで冷却して、燃料電池に供給される燃
料中に供給するようにした排燃料再循環ブロワを設け
た。
【００２６】なお、排燃料再循環ブロワは、燃料電池か
らガスタービン入口燃焼器に排燃料を供給するようにし
た供給ラインに設置され、蒸気タービンを駆動する高
温、高圧の蒸気を生成する熱交換器で耐熱温度にまで冷
却されて、ガスタービンに供給される排燃料の一部を抽
出して、燃料電池に供給される燃料中に供給するように
してもよく、又は、燃料電池からガスタービン入口燃焼
器に供給される排燃料の供給ラインから分岐させた排燃
料の一部を、排燃料再循環ブロワに供給するようにした
分岐供給ラインに、蒸気タービンを駆動する高温、高圧
の蒸気を生成する熱交換器を設け、分岐供給ラインによ
り供給された排燃料のみを耐熱温度にまで冷却して、燃
料電池に供給される燃料中に供給するようにしてもよ
い。
らガスタービン入口燃焼器に排燃料を供給するようにし
た供給ラインに設置され、蒸気タービンを駆動する高
温、高圧の蒸気を生成する熱交換器で耐熱温度にまで冷
却されて、ガスタービンに供給される排燃料の一部を抽
出して、燃料電池に供給される燃料中に供給するように
してもよく、又は、燃料電池からガスタービン入口燃焼
器に供給される排燃料の供給ラインから分岐させた排燃
料の一部を、排燃料再循環ブロワに供給するようにした
分岐供給ラインに、蒸気タービンを駆動する高温、高圧
の蒸気を生成する熱交換器を設け、分岐供給ラインによ
り供給された排燃料のみを耐熱温度にまで冷却して、燃
料電池に供給される燃料中に供給するようにしてもよ
い。
【００２７】（４）発電に使用され、加熱されて燃料電
池からガスタービンに供給される高温の排空気を、蒸気
タービンを駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換
器で耐熱温度にまで冷却して、その一部を燃料電池に供
給される空気中に供給するようにした排空気再循環ブロ
ワを設けた。
池からガスタービンに供給される高温の排空気を、蒸気
タービンを駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換
器で耐熱温度にまで冷却して、その一部を燃料電池に供
給される空気中に供給するようにした排空気再循環ブロ
ワを設けた。
【００２８】（ａ）本発明の複合発電システムは、上述
（１）〜（４）の手段としたので、地球環境保全の観点
から問題のある、排気ガス中に二酸化炭素等の温暖化原
因物質を含まず、かつ、高効率の発電システムを実現で
きる。すなわち、ガスタービンの燃焼に、燃料電池から
排出される排空気から空気分離器で窒素が分離された排
空気が使用されるため、燃料電池に一酸化炭素を含む改
質燃料が使用され、排気ガス中に二酸化炭素が含有され
るような場合でも、排気ガス中からの二酸化炭素の回収
が容易になり、排気ガス中に温暖化原因物質を含まない
ものにできる。
（１）〜（４）の手段としたので、地球環境保全の観点
から問題のある、排気ガス中に二酸化炭素等の温暖化原
因物質を含まず、かつ、高効率の発電システムを実現で
きる。すなわち、ガスタービンの燃焼に、燃料電池から
排出される排空気から空気分離器で窒素が分離された排
空気が使用されるため、燃料電池に一酸化炭素を含む改
質燃料が使用され、排気ガス中に二酸化炭素が含有され
るような場合でも、排気ガス中からの二酸化炭素の回収
が容易になり、排気ガス中に温暖化原因物質を含まない
ものにできる。
【００２９】また、酸素燃焼タービンにすることに伴う
発電効率の低下を回避するために、従来のガスタービン
入口ガス温度の高温化を行うことなく、高い発電効率が
得られるシステムとするため、燃料電池反応に伴い発熱
した熱量は、空気又は蒸気との熱交換によって回収し
て、この回収熱によって蒸気タービンを駆動するように
して、従来、蒸気タービンを駆動するためその排気ガス
によって蒸気を生成していたために、排気ガス温度を低
下させることができず、熱回収に制限のあったガスター
ビンの排気ガス温度を低下させることができるようにな
り、ガスタービンでの熱回収を大きくして、ガスタービ
ンの発電効率を向上させることができるとともに、ガス
タービン入口ガス温度の高温化に伴う、ガスタービンの
冷却技術もしくは新材料の開発をしなくても、高効率の
発電システムを実現できる。
発電効率の低下を回避するために、従来のガスタービン
入口ガス温度の高温化を行うことなく、高い発電効率が
得られるシステムとするため、燃料電池反応に伴い発熱
した熱量は、空気又は蒸気との熱交換によって回収し
て、この回収熱によって蒸気タービンを駆動するように
して、従来、蒸気タービンを駆動するためその排気ガス
によって蒸気を生成していたために、排気ガス温度を低
下させることができず、熱回収に制限のあったガスター
ビンの排気ガス温度を低下させることができるようにな
り、ガスタービンでの熱回収を大きくして、ガスタービ
ンの発電効率を向上させることができるとともに、ガス
タービン入口ガス温度の高温化に伴う、ガスタービンの
冷却技術もしくは新材料の開発をしなくても、高効率の
発電システムを実現できる。
【００３０】さらに、排燃料再循環ブロワおよび排空気
再循環ブロワを設けて、燃料電池に供給される燃料中お
よび空気中に、燃料電池反応後排出され、ブロワの耐熱
温度にまで、空気、燃料および蒸気との熱交換によって
冷却された排燃料および排空気の一部を投入するように
したので、燃料電池反応により排出される熱量は、燃料
および空気の再循環により除熱され、燃料電池を一定の
運転温度に制御することができ、燃料電池は安定した発
電ができるようになる。
再循環ブロワを設けて、燃料電池に供給される燃料中お
よび空気中に、燃料電池反応後排出され、ブロワの耐熱
温度にまで、空気、燃料および蒸気との熱交換によって
冷却された排燃料および排空気の一部を投入するように
したので、燃料電池反応により排出される熱量は、燃料
および空気の再循環により除熱され、燃料電池を一定の
運転温度に制御することができ、燃料電池は安定した発
電ができるようになる。
【００３１】また、第２番目の本発明の複合発電システ
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
【００３２】（５）ガスタービンから排出される排気ガ
スが、蒸気タービンの排気と同様に高真空圧にまで膨張
させられて、ガスタービンを高効率で駆動できるものに
した。
スが、蒸気タービンの排気と同様に高真空圧にまで膨張
させられて、ガスタービンを高効率で駆動できるものに
した。
【００３３】（ｂ）これにより、上述（ａ）に加え、通
常の蒸気タービンの排気と同等の高真空圧まで膨張さ
せ、ガスタービンを駆動できることにより、ガスタービ
ンの高出力化を図ることができるようになり、ガスター
ビン入口ガス温度の高温化を小さくでき、ガスタービン
の冷却技術もしくは新材料の選択が緩やかになる。
常の蒸気タービンの排気と同等の高真空圧まで膨張さ
せ、ガスタービンを駆動できることにより、ガスタービ
ンの高出力化を図ることができるようになり、ガスター
ビン入口ガス温度の高温化を小さくでき、ガスタービン
の冷却技術もしくは新材料の選択が緩やかになる。
【００３４】また、第３番目の本発明の複合発電システ
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
【００３５】（６）ガスタービンから排出される排気ガ
スを、燃料電池に供給される燃料の加熱に使用するよう
にした。
スを、燃料電池に供給される燃料の加熱に使用するよう
にした。
【００３６】（ｃ）これにより、上述（ａ）に加え、ガ
スタービンから排出される排気ガスがより低温になっ
て、外部に放出されるので地球環境保全の観点から、よ
り秀れたものになる。さらに、ガスタービンとしての通
常のガスタービンが使用できるようになり、コストの面
から有利となる。
スタービンから排出される排気ガスがより低温になっ
て、外部に放出されるので地球環境保全の観点から、よ
り秀れたものになる。さらに、ガスタービンとしての通
常のガスタービンが使用できるようになり、コストの面
から有利となる。
【００３７】また、第４番目の本発明の複合発電システ
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
【００３８】（７）ガスタービンから排出される排気ガ
スを蒸気タービンの給水の加熱の一部に使用するように
した。
スを蒸気タービンの給水の加熱の一部に使用するように
した。
【００３９】（ｄ）これにより、ガスタービンへ投入す
る熱量は減少するが、蒸気タービンに投入できる熱量が
増大することより、第３番目の発明とほぼ同等の効率を
達成することができる。
る熱量は減少するが、蒸気タービンに投入できる熱量が
増大することより、第３番目の発明とほぼ同等の効率を
達成することができる。
【００４０】また、第５番目の本発明の複合発電システ
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
【００４１】（８）ガスタービンから排出される排気ガ
スを、燃料電池に供給される化石燃料を改質燃料にする
改質器の加熱に使用するようにした。
スを、燃料電池に供給される化石燃料を改質燃料にする
改質器の加熱に使用するようにした。
【００４２】（ｅ）これにより、燃料電池に供給される
燃料の多様化が図れ、汎用性の大きいプラントとするこ
とができる。
燃料の多様化が図れ、汎用性の大きいプラントとするこ
とができる。
【００４３】また、第６番目の本発明の複合発電システ
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
ムは、上述（１）ないし（４）の手段に加え、次の手段
とした。
【００４４】（９）燃料電池からガスタービン入口燃焼
器に供給される排燃料の供給ラインから分岐させ、排燃
料の一部を燃料再循環燃料ブロワに供給するようにした
分岐供給ラインに、蒸気タービンを駆動する高温、高圧
の蒸気を生成する熱交換器を設け、耐熱温度にまで冷却
された排燃料を燃料再循環燃料ブロワにより、燃料電池
に供給される燃料中に供給するようにした。
器に供給される排燃料の供給ラインから分岐させ、排燃
料の一部を燃料再循環燃料ブロワに供給するようにした
分岐供給ラインに、蒸気タービンを駆動する高温、高圧
の蒸気を生成する熱交換器を設け、耐熱温度にまで冷却
された排燃料を燃料再循環燃料ブロワにより、燃料電池
に供給される燃料中に供給するようにした。
【００４５】（ｆ）これにより、蒸気タービンに投入で
きる熱量は減少するが、ガスタービンへ投入する熱量が
増大することより、実施の第３形態とほぼ同等の効率を
達成することができる。
きる熱量は減少するが、ガスタービンへ投入する熱量が
増大することより、実施の第３形態とほぼ同等の効率を
達成することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の複合発電システム
の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は本発
明の複合発電システムの実施の第１形態を示すブロック
図、ブロック図が繁雑になるのをさけるため、図１
（ａ）に燃料電池およびガスタービン部分のブロック図
を示し、図１（ｂ）に蒸気タービン部分のブロック図を
示す。なお、図６に示す部材と同一若しくは類似の部材
には、同一符号を付して説明は省略した。
の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は本発
明の複合発電システムの実施の第１形態を示すブロック
図、ブロック図が繁雑になるのをさけるため、図１
（ａ）に燃料電池およびガスタービン部分のブロック図
を示し、図１（ｂ）に蒸気タービン部分のブロック図を
示す。なお、図６に示す部材と同一若しくは類似の部材
には、同一符号を付して説明は省略した。
【００４７】図に示すように、本実施の形態の複合発電
システムは、燃料と空気との電気化学反応で９００〜１
０００℃の高温になる固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）を使用するようにした燃料電池１０１と、燃料電池
１０１から排出される排空気１４から空気分離器１１６
で窒素１７が除去された酸素１６と、燃料電池１０１か
ら排出された水素である冷却排燃料４ｂとの燃焼ガスで
駆動されるガスタービン１０５と、ガスタービン１０５
の排気ガスの保有する熱を利用することなく、燃料電池
１０１から排出される高温の排燃料３ｂおよび排空気１
４で加熱された蒸気で駆動される蒸気タービン１０７と
を組み合わせた発電システムとしている。
システムは、燃料と空気との電気化学反応で９００〜１
０００℃の高温になる固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）を使用するようにした燃料電池１０１と、燃料電池
１０１から排出される排空気１４から空気分離器１１６
で窒素１７が除去された酸素１６と、燃料電池１０１か
ら排出された水素である冷却排燃料４ｂとの燃焼ガスで
駆動されるガスタービン１０５と、ガスタービン１０５
の排気ガスの保有する熱を利用することなく、燃料電池
１０１から排出される高温の排燃料３ｂおよび排空気１
４で加熱された蒸気で駆動される蒸気タービン１０７と
を組み合わせた発電システムとしている。
【００４８】本システムに供給される燃料は水素燃料１
ｂとし、第１段燃料用熱交換器１１７で加熱された後、
後述する排燃料再循環ブロワ１１８から供給される再循
環燃料５と混合されて、前述した燃料用熱交換器１１１
で加熱されて燃料電池１０１に供給される。
ｂとし、第１段燃料用熱交換器１１７で加熱された後、
後述する排燃料再循環ブロワ１１８から供給される再循
環燃料５と混合されて、前述した燃料用熱交換器１１１
で加熱されて燃料電池１０１に供給される。
【００４９】一方、燃料電池１０１から排出され、燃料
用熱交換器１１１で入口燃料２ｂを加熱した排燃料３ｂ
は、熱交換器としての第３段熱交換器１１９に導入さ
れ、給水３１を加熱して蒸気３２にすることにより、排
燃料再循環ブロワ１０９の耐熱温度以下にされて、その
一部は、排燃料再循環ブロワ１０９から上述したよう
に、水素燃料１ｂに投入されるとともに、残りの部分
は、第１段燃料用熱交換器１１７で水素燃料１ｂを加熱
することにより、冷却排燃料４ｂとなって、ガスタービ
ン入口燃焼器１０４に投入される。
用熱交換器１１１で入口燃料２ｂを加熱した排燃料３ｂ
は、熱交換器としての第３段熱交換器１１９に導入さ
れ、給水３１を加熱して蒸気３２にすることにより、排
燃料再循環ブロワ１０９の耐熱温度以下にされて、その
一部は、排燃料再循環ブロワ１０９から上述したよう
に、水素燃料１ｂに投入されるとともに、残りの部分
は、第１段燃料用熱交換器１１７で水素燃料１ｂを加熱
することにより、冷却排燃料４ｂとなって、ガスタービ
ン入口燃焼器１０４に投入される。
【００５０】また、本実施の形態の複合発電システムに
供給される酸化剤は、空気１１とし空気圧縮機１０３で
圧縮され、圧縮空気１２となって空気用熱交換器１１２
で加熱されて、入口空気１３となり燃料電池１０１に供
給され、同時に供給された入口燃料２ｂと電気化学反応
を起し、発電を行う。また、発電を行った後燃料１０１
から排出される排空気１４は、空気用熱交換器１１２で
圧縮空気１２を加熱した後、熱交換器としての第２段熱
交換器１２０に導入され、給水３１を加熱して蒸気３２
にすることにより、排空気再循環ブロワ１１０の耐熱温
度以下にされて、その１部は再循環空気１８として、排
空気再循環ブロワ１１０によって圧縮空気１２に投入さ
れる。
供給される酸化剤は、空気１１とし空気圧縮機１０３で
圧縮され、圧縮空気１２となって空気用熱交換器１１２
で加熱されて、入口空気１３となり燃料電池１０１に供
給され、同時に供給された入口燃料２ｂと電気化学反応
を起し、発電を行う。また、発電を行った後燃料１０１
から排出される排空気１４は、空気用熱交換器１１２で
圧縮空気１２を加熱した後、熱交換器としての第２段熱
交換器１２０に導入され、給水３１を加熱して蒸気３２
にすることにより、排空気再循環ブロワ１１０の耐熱温
度以下にされて、その１部は再循環空気１８として、排
空気再循環ブロワ１１０によって圧縮空気１２に投入さ
れる。
【００５１】排空気再循環ブロワ１１０に一部が分流さ
れた排空気１４の残りの残余空気１９は、さらに第１段
熱交換器１２１に導入され、給水３１を加熱して冷却さ
れた後、空気分離器１１６に導入され、残余空気１９中
に含まれた窒素１７が分離されて、酸素１６となってガ
スタービン入口燃焼器１０４に投入され、燃焼ガスとな
ってガスタービン１０５を駆動する。
れた排空気１４の残りの残余空気１９は、さらに第１段
熱交換器１２１に導入され、給水３１を加熱して冷却さ
れた後、空気分離器１１６に導入され、残余空気１９中
に含まれた窒素１７が分離されて、酸素１６となってガ
スタービン入口燃焼器１０４に投入され、燃焼ガスとな
ってガスタービン１０５を駆動する。
【００５２】ガスタービン１０５に導入され、ガスター
ビン１０５を駆動した燃焼ガスは、蒸気タービン１０７
の排気３３と略同程度の高真空圧にまで膨張して、排気
ガス２１として外部へ放出される。本実施の形態の複合
発電システム１００は、上述のように構成されているの
で、燃料である水素燃料１を第１段燃料用熱交換器１１
７で予熱し、再循環燃料５と混合された後、燃料用熱交
換器１１１にて燃料電池１０１の反応温度にまで加熱
し、燃料電池１０１へ投入される。
ビン１０５を駆動した燃焼ガスは、蒸気タービン１０７
の排気３３と略同程度の高真空圧にまで膨張して、排気
ガス２１として外部へ放出される。本実施の形態の複合
発電システム１００は、上述のように構成されているの
で、燃料である水素燃料１を第１段燃料用熱交換器１１
７で予熱し、再循環燃料５と混合された後、燃料用熱交
換器１１１にて燃料電池１０１の反応温度にまで加熱
し、燃料電池１０１へ投入される。
【００５３】本システムの燃料電池１０１としては、固
体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）が採用されており、そ
の反応温度は約９００℃以上になる。燃料電池１０１で
は、一般的に入口燃料２ｂの一部のみを利用する（燃料
利用率として６０〜８０％程度）ため、排燃料３ｂは、
未反応燃料である水素Ｈ2 と反応生成物であるＨ2 Ｏを
含有している。排燃料３ｂは燃料電池１０１での反応熱
により、入口燃料２ｂの温度より上昇しており、燃料用
熱交換器１１１にて入口燃料２ｂを加熱した後、再循環
ブロワ１０９の耐熱温度まで、さらに第３段熱交換器１
１９にて冷却される。
体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）が採用されており、そ
の反応温度は約９００℃以上になる。燃料電池１０１で
は、一般的に入口燃料２ｂの一部のみを利用する（燃料
利用率として６０〜８０％程度）ため、排燃料３ｂは、
未反応燃料である水素Ｈ2 と反応生成物であるＨ2 Ｏを
含有している。排燃料３ｂは燃料電池１０１での反応熱
により、入口燃料２ｂの温度より上昇しており、燃料用
熱交換器１１１にて入口燃料２ｂを加熱した後、再循環
ブロワ１０９の耐熱温度まで、さらに第３段熱交換器１
１９にて冷却される。
【００５４】また、再循環燃料５を分離した排燃料３ｂ
は、第１段燃料用熱交換器１１７にて燃料１ｂを予熱し
た後、冷却排燃料４ｂとなって、ガスタービン入口燃焼
器１０４へ投入される。なお、ガスタービン入口燃焼器
１０４へは、新たに投入された水素燃料１ｂに見合う冷
却燃料４ｂが投入される。
は、第１段燃料用熱交換器１１７にて燃料１ｂを予熱し
た後、冷却排燃料４ｂとなって、ガスタービン入口燃焼
器１０４へ投入される。なお、ガスタービン入口燃焼器
１０４へは、新たに投入された水素燃料１ｂに見合う冷
却燃料４ｂが投入される。
【００５５】空気１１は空気圧縮機１０３にて圧縮され
た後、再循環空気１８と混合し空気用熱交換器１１２に
て燃料電池１０１の反応温度にまで加熱され燃料電池１
０１へ投入される。燃料電池１０１からの排空気１４
は、電池反応により入口空気１３より加熱されており、
空気用熱交換器１１２にて入口空気１３を加熱した後、
排空気再循環ブロワ１１０の耐熱温度まで第２段熱交換
器１２０にて冷却される。再循環空気１８を取り出した
後の残余空気１９は、第１段熱交換器１２１にて空気分
離器１１６の耐熱温度まで冷却されて導入され、空気分
離器１１６によって窒素１７の除去が行われる。
た後、再循環空気１８と混合し空気用熱交換器１１２に
て燃料電池１０１の反応温度にまで加熱され燃料電池１
０１へ投入される。燃料電池１０１からの排空気１４
は、電池反応により入口空気１３より加熱されており、
空気用熱交換器１１２にて入口空気１３を加熱した後、
排空気再循環ブロワ１１０の耐熱温度まで第２段熱交換
器１２０にて冷却される。再循環空気１８を取り出した
後の残余空気１９は、第１段熱交換器１２１にて空気分
離器１１６の耐熱温度まで冷却されて導入され、空気分
離器１１６によって窒素１７の除去が行われる。
【００５６】空気分離器１１６で窒素１７を分離した残
余空気１９、すなわち、酸素１６はガスタービン入口燃
焼器１０４へ投入される。このガスタービン１０５へ投
入する酸素１６量は、冷却排燃料４ｂである燃料水素４
と等モル比に相当する量とし、ガスタービン１０５入口
ガス温度の高温化を図り高効率を達成する。なお、燃料
電池１０１での発電反応に伴う発熱を除去するため、燃
料電池１０１へは図示省略した冷却空気を投入し、さら
には、再循環空気１８及び再循環燃料５を再循環させる
ことにより、燃料電池１０１は、一定の運転温度に制御
され、燃料電池は安定した発電ができるようになる。
余空気１９、すなわち、酸素１６はガスタービン入口燃
焼器１０４へ投入される。このガスタービン１０５へ投
入する酸素１６量は、冷却排燃料４ｂである燃料水素４
と等モル比に相当する量とし、ガスタービン１０５入口
ガス温度の高温化を図り高効率を達成する。なお、燃料
電池１０１での発電反応に伴う発熱を除去するため、燃
料電池１０１へは図示省略した冷却空気を投入し、さら
には、再循環空気１８及び再循環燃料５を再循環させる
ことにより、燃料電池１０１は、一定の運転温度に制御
され、燃料電池は安定した発電ができるようになる。
【００５７】また、ガスタービン入口燃焼器１０４へ
は、燃料として水素である冷却排燃料４ｂと酸化剤であ
る酸素、及び水蒸気が投入されることとなるため、ガス
タービン１０５へ投入されるのは高温の水蒸気となり、
二酸化炭素の発生はない。したがって、ガスタービン１
０５から排気ガス２１はＨ2 Ｏのみとなり、通常の蒸気
タービンの排気と同等の高真空圧まで膨張させ、ガスタ
ービン１０５を駆動できることにより、従来の水素・酸
素を利用したガスタービンのように、入口温度を１７０
０℃にもなる高温にすることく、ガスタービン入口ガス
温度の高温化に伴う、ガスタービンの冷却技術もしくは
新材料の開発をしなくても、ガスタービン１０５の高出
力化を図ることができる。
は、燃料として水素である冷却排燃料４ｂと酸化剤であ
る酸素、及び水蒸気が投入されることとなるため、ガス
タービン１０５へ投入されるのは高温の水蒸気となり、
二酸化炭素の発生はない。したがって、ガスタービン１
０５から排気ガス２１はＨ2 Ｏのみとなり、通常の蒸気
タービンの排気と同等の高真空圧まで膨張させ、ガスタ
ービン１０５を駆動できることにより、従来の水素・酸
素を利用したガスタービンのように、入口温度を１７０
０℃にもなる高温にすることく、ガスタービン入口ガス
温度の高温化に伴う、ガスタービンの冷却技術もしくは
新材料の開発をしなくても、ガスタービン１０５の高出
力化を図ることができる。
【００５８】さらに、地球環境保全の観点から問題のあ
る、二酸化炭素等の温暖化原因物質を排気ガス中に含ま
ず、環境汚染の問題を回避できる。
る、二酸化炭素等の温暖化原因物質を排気ガス中に含ま
ず、環境汚染の問題を回避できる。
【００５９】また、第１段〜第３段の熱交換器１２１，
１２０，１１９においては、上述の燃料電池１０１にお
ける発熱を除去するため、給水３１及び蒸気３２にて
も、排燃料３ｂあるいは排空気１４の冷却が行われる。
すなわち、図１（ｂ）のブロック図に示すように、給水
ポンプ１１５にて加圧された給水３１は、その温度レベ
ルを考慮して配置した第１段〜第３段熱交換器１２１，
１２０，１１９，１１５により加熱されて、高温の蒸気
３２となり蒸気タービン１０７に投入される。
１２０，１１９においては、上述の燃料電池１０１にお
ける発熱を除去するため、給水３１及び蒸気３２にて
も、排燃料３ｂあるいは排空気１４の冷却が行われる。
すなわち、図１（ｂ）のブロック図に示すように、給水
ポンプ１１５にて加圧された給水３１は、その温度レベ
ルを考慮して配置した第１段〜第３段熱交換器１２１，
１２０，１１９，１１５により加熱されて、高温の蒸気
３２となり蒸気タービン１０７に投入される。
【００６０】蒸気タービン１０７からの排気３３は、復
水器１１４により復水され、給水ポンプ１１５に投入さ
れる。なお、この図１（ｂ）で示す蒸気タービンサイク
ルは通常の蒸気タービンと同等のサイクルである。燃料
電池１０１における電池反応に伴い発生する熱は、入口
燃料２ｂによる入熱の５０％以上を占めているが、本実
施の形態の複合発電システム１００の適用により、その
熱を第１段〜第３段熱交換器１２１，１２０，１１９に
て、蒸気を回収し、蒸気タービン１０７での発電に寄与
するため熱の有効利用を、さらに図ることができ発電効
率６５％以上（発電端）が実現可能となる。
水器１１４により復水され、給水ポンプ１１５に投入さ
れる。なお、この図１（ｂ）で示す蒸気タービンサイク
ルは通常の蒸気タービンと同等のサイクルである。燃料
電池１０１における電池反応に伴い発生する熱は、入口
燃料２ｂによる入熱の５０％以上を占めているが、本実
施の形態の複合発電システム１００の適用により、その
熱を第１段〜第３段熱交換器１２１，１２０，１１９に
て、蒸気を回収し、蒸気タービン１０７での発電に寄与
するため熱の有効利用を、さらに図ることができ発電効
率６５％以上（発電端）が実現可能となる。
【００６１】なお、本実施の形態では蒸気タービンサイ
クルの第１段ないし第３段熱交換器１２１，１２２，１
２３の配置を直列にしたが、温度条件に従い、この順番
を入れ替えたり、並列配置としてもよいものである。
クルの第１段ないし第３段熱交換器１２１，１２２，１
２３の配置を直列にしたが、温度条件に従い、この順番
を入れ替えたり、並列配置としてもよいものである。
【００６２】次に、図２は本発明の複合発電システムの
実施の第２形態を示す図で、図２（ａ）は燃料電池およ
びガスタービン部分を示すブロック図、図２（ｂ）はブ
ロック図が繁雑になるため、蒸気タービン部分のみを取
り出して示すブロック図である。本実施の形態は、基本
的には図１に示す実施の第１形態と同等であるが、ガス
タービン１０５から排出される排気ガス２１熱の有効利
用を図るため、排気ガス２１と水素燃料１ｂとの熱交換
を行うための燃料予熱用熱交換器１２２を設置するよう
にしたものである。
実施の第２形態を示す図で、図２（ａ）は燃料電池およ
びガスタービン部分を示すブロック図、図２（ｂ）はブ
ロック図が繁雑になるため、蒸気タービン部分のみを取
り出して示すブロック図である。本実施の形態は、基本
的には図１に示す実施の第１形態と同等であるが、ガス
タービン１０５から排出される排気ガス２１熱の有効利
用を図るため、排気ガス２１と水素燃料１ｂとの熱交換
を行うための燃料予熱用熱交換器１２２を設置するよう
にしたものである。
【００６３】前述した実施の第１形態では、ガスタービ
ン１０５の排気ガス２１は通常の蒸気タービンの排気圧
力である高真空にまで膨張させ、排気温度の低減を図
り、ガスタービン１０５の出力増大を行うようにした
が、本実施の形態では、ガスタービン１０５の排気ガス
２３圧力は、通常のガスタービン並みの３００ｍｍＡｇ
程度の圧力とし、排気ガス２３からの熱回収を燃料予熱
用熱交換器１２２により図るようにしたものである。
ン１０５の排気ガス２１は通常の蒸気タービンの排気圧
力である高真空にまで膨張させ、排気温度の低減を図
り、ガスタービン１０５の出力増大を行うようにした
が、本実施の形態では、ガスタービン１０５の排気ガス
２３圧力は、通常のガスタービン並みの３００ｍｍＡｇ
程度の圧力とし、排気ガス２３からの熱回収を燃料予熱
用熱交換器１２２により図るようにしたものである。
【００６４】これにより、燃料予熱用熱交換器１２２よ
り外部に放出される排出ガス２４は、実施の第１形態に
おける排気ガス２１よりも、低温になって外気へ放出さ
れるので、地球環境保全の観点から、より秀れたものに
できる。
り外部に放出される排出ガス２４は、実施の第１形態に
おける排気ガス２１よりも、低温になって外気へ放出さ
れるので、地球環境保全の観点から、より秀れたものに
できる。
【００６５】次に、図３は本発明の複合発電システムの
実施の第３形態を示す図で、図３（ａ）は燃料電池、ガ
スタービン部分を示すブロック図、図３（ｂ）はブロッ
ク図が繁雑になるため蒸気タービン部分を取り出して示
すブロック図である。本実施の形態は、基本的には図１
に示す実施の第１形態と同等であるが、実施の第２形態
と同様に、ガスタービン１０５の排気ガス２３の有する
熱の有効利用を図るため、蒸気タービン１０７用の給水
３１と排気ガス２３との熱交換を行う給水予熱用熱交換
器１２３を設置するようにしたものである。
実施の第３形態を示す図で、図３（ａ）は燃料電池、ガ
スタービン部分を示すブロック図、図３（ｂ）はブロッ
ク図が繁雑になるため蒸気タービン部分を取り出して示
すブロック図である。本実施の形態は、基本的には図１
に示す実施の第１形態と同等であるが、実施の第２形態
と同様に、ガスタービン１０５の排気ガス２３の有する
熱の有効利用を図るため、蒸気タービン１０７用の給水
３１と排気ガス２３との熱交換を行う給水予熱用熱交換
器１２３を設置するようにしたものである。
【００６６】このように、本実施の形態では、ガスター
ビン１０５の排気ガス２３熱を蒸気タービンサイクルの
給水の加熱に利用することによって、蒸気タービン１０
８の出力増大が図れ、プラントの発電効率が向上すると
ともに、実施の第２形態と同様に給水予熱用熱交換器１
２３より外部に放出される排出ガス２４は、実施の第１
形態における排気ガス２１より低温になって外気へ放出
されるので、地球環境保全の観点より秀れたものにでき
る。なお、本実施の形態においても、ガスタービン１０
５の排気ガス２３圧力は、通常のガスタービン並みの３
００ｍｍＡｇ程度の圧力とする必要がある。
ビン１０５の排気ガス２３熱を蒸気タービンサイクルの
給水の加熱に利用することによって、蒸気タービン１０
８の出力増大が図れ、プラントの発電効率が向上すると
ともに、実施の第２形態と同様に給水予熱用熱交換器１
２３より外部に放出される排出ガス２４は、実施の第１
形態における排気ガス２１より低温になって外気へ放出
されるので、地球環境保全の観点より秀れたものにでき
る。なお、本実施の形態においても、ガスタービン１０
５の排気ガス２３圧力は、通常のガスタービン並みの３
００ｍｍＡｇ程度の圧力とする必要がある。
【００６７】次に、図４は本発明の複合発電システムの
実施の第４形態を示す図で、図４（ａ）は燃料電池、ガ
スタービン部分を示すブロック図、図４（ｂ）はブロッ
ク図が繁雑になるため蒸気タービン部分を取り出して示
すブロック図である。本実施の形態は、基本的には図１
に示す実施の第１形態と同等であるが、実施の第１形態
では、燃料電池１０１の排燃料３ｂの全量を第３段熱交
換器１１９にて再循環ブロワ１０９の耐熱温度以下まで
冷却するようにしていたが、本実施の形態では再循環燃
料５のみを冷却し、ガスタービン入口燃焼器１０４への
供給する冷却排燃料４ｂの温度を高くし、ガスタービン
出力の増大を図るようにしたものである。
実施の第４形態を示す図で、図４（ａ）は燃料電池、ガ
スタービン部分を示すブロック図、図４（ｂ）はブロッ
ク図が繁雑になるため蒸気タービン部分を取り出して示
すブロック図である。本実施の形態は、基本的には図１
に示す実施の第１形態と同等であるが、実施の第１形態
では、燃料電池１０１の排燃料３ｂの全量を第３段熱交
換器１１９にて再循環ブロワ１０９の耐熱温度以下まで
冷却するようにしていたが、本実施の形態では再循環燃
料５のみを冷却し、ガスタービン入口燃焼器１０４への
供給する冷却排燃料４ｂの温度を高くし、ガスタービン
出力の増大を図るようにしたものである。
【００６８】なお、ここでは実施の第１形態に対応した
ブロック図のみを示したが、前述した実施の第１ないし
第３形態又は後述する実施の第５形態に対応したシステ
ムにも同様に適用できるものである。
ブロック図のみを示したが、前述した実施の第１ないし
第３形態又は後述する実施の第５形態に対応したシステ
ムにも同様に適用できるものである。
【００６９】本実施の形態では、ガスタービン１０５入
口温度を高く保ち、ガスタービン１０５出力増大を図る
ため、排燃料再循環ブロワ１０９の耐熱温度まで冷却す
るのは、排燃料３ｂから一部分岐された排燃料再循環燃
料５のみとし、ガスタービン入口燃焼器１０４へ投入す
る冷却排燃料４ｂは、燃料用熱交換器１１１の出口温度
を保つ高温のものにした。
口温度を高く保ち、ガスタービン１０５出力増大を図る
ため、排燃料再循環ブロワ１０９の耐熱温度まで冷却す
るのは、排燃料３ｂから一部分岐された排燃料再循環燃
料５のみとし、ガスタービン入口燃焼器１０４へ投入す
る冷却排燃料４ｂは、燃料用熱交換器１１１の出口温度
を保つ高温のものにした。
【００７０】また、水素燃料１ｂの第１段加熱を行う第
１段燃料用熱交換器１１７は、蒸気タービンサイクル中
で、第３段熱交換器１１９で加熱された蒸気３５を用い
て予熱するようにしている。これにより、蒸気タービン
１０７に投入できる熱量は減少するが、ガスタービン１
０５へ投入する熱量が増大することより、実施の第３形
態とほぼ同等の効率を達成することができる。
１段燃料用熱交換器１１７は、蒸気タービンサイクル中
で、第３段熱交換器１１９で加熱された蒸気３５を用い
て予熱するようにしている。これにより、蒸気タービン
１０７に投入できる熱量は減少するが、ガスタービン１
０５へ投入する熱量が増大することより、実施の第３形
態とほぼ同等の効率を達成することができる。
【００７１】次に、図５は本発明の複合発電システムの
実施の第５形態を示す図で、図５（ａ）は燃料電池、ガ
スタービン部分を示すブロック図、図５（ｂ）はブロッ
ク図が繁雑になるため蒸気タービン部分を取り出して示
すブロック図である。本実施の形態は、基本的には図１
に示す実施の第１形態と同等であるが、本実施の形態で
は、実施の第１形態ないし第４形態で燃料電池１０１に
供給する燃料として、水素燃料１ｂを使用していたが、
天然ガス、石炭ガス化ガスなどを燃料とする燃料電池１
０１とした。
実施の第５形態を示す図で、図５（ａ）は燃料電池、ガ
スタービン部分を示すブロック図、図５（ｂ）はブロッ
ク図が繁雑になるため蒸気タービン部分を取り出して示
すブロック図である。本実施の形態は、基本的には図１
に示す実施の第１形態と同等であるが、本実施の形態で
は、実施の第１形態ないし第４形態で燃料電池１０１に
供給する燃料として、水素燃料１ｂを使用していたが、
天然ガス、石炭ガス化ガスなどを燃料とする燃料電池１
０１とした。
【００７２】図に示すように天然ガス、石炭ガス化ガス
などの化石燃料１ａを改質器１２５で改質を行って水素
（Ｈ2 ）及び一酸化炭素（ＣＯ）などを主成分とするガ
スに変換後、変成器１２６にて一酸化炭素と水蒸気を水
素と二酸化炭素に変換し、さらに、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）等の水素以外の非水素ガス６成分をガス分離器１
２７にて分離し、水素燃料１ｂを燃料電池１０１に投入
するようにしている。
などの化石燃料１ａを改質器１２５で改質を行って水素
（Ｈ2 ）及び一酸化炭素（ＣＯ）などを主成分とするガ
スに変換後、変成器１２６にて一酸化炭素と水蒸気を水
素と二酸化炭素に変換し、さらに、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）等の水素以外の非水素ガス６成分をガス分離器１
２７にて分離し、水素燃料１ｂを燃料電池１０１に投入
するようにしている。
【００７３】天然ガスなどの化石燃料１ａを水素燃料１
ｂに改質する改質反応は、吸熱反応である。この吸熱分
の熱量を与えるため、ガスタービン１０５の排気ガス２
１の保有する熱量を用いるようにしている。この排気ガ
ス２１は、改質用熱交換器１２８にて改質前の化石燃料
１ａを予熱後、改質用復水器１２９にて復水し、系外へ
排出する水８と燃料改質のために供給する改質用水９に
分離する。
ｂに改質する改質反応は、吸熱反応である。この吸熱分
の熱量を与えるため、ガスタービン１０５の排気ガス２
１の保有する熱量を用いるようにしている。この排気ガ
ス２１は、改質用熱交換器１２８にて改質前の化石燃料
１ａを予熱後、改質用復水器１２９にて復水し、系外へ
排出する水８と燃料改質のために供給する改質用水９に
分離する。
【００７４】また、天然ガスなどの化石燃料１ａは、改
質のために必要な改質用水９を改質用給水ポンプ１３０
で補充し、改質用化石燃料１０にして、改質用熱交換器
１２８にて所定の改質温度まで加熱し、改質器１２５へ
投入する。水蒸気を含有する天然ガス（ＣＨ4 ）などの
改質用化石燃料１０は改質器１２１にて数１に基づき水
素（Ｈ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）、などの成分に改質さ
れ、変成器１２６に投入される。
質のために必要な改質用水９を改質用給水ポンプ１３０
で補充し、改質用化石燃料１０にして、改質用熱交換器
１２８にて所定の改質温度まで加熱し、改質器１２５へ
投入する。水蒸気を含有する天然ガス（ＣＨ4 ）などの
改質用化石燃料１０は改質器１２１にて数１に基づき水
素（Ｈ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）、などの成分に改質さ
れ、変成器１２６に投入される。
【００７５】
【数１】
【００７６】変成器１２６にて、一酸化炭素（ＣＯ）と
水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は、数２に基づき水素（Ｈ2 ）と二酸
化炭素（ＣＯ2 ）に変換される。
水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は、数２に基づき水素（Ｈ2 ）と二酸
化炭素（ＣＯ2 ）に変換される。
【００７７】
【数２】
【００７８】さらに、ガス分離器１２７にて水素あるい
は水素（Ｈ2 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）以外の成分である二
酸化炭素（ＣＯ2 ）などの非水素ガス６成分を取り除
き、燃料電池１０１へ供給する水素燃料１ｂとして第１
段燃料用熱交換器１１１へ供給される。
は水素（Ｈ2 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）以外の成分である二
酸化炭素（ＣＯ2 ）などの非水素ガス６成分を取り除
き、燃料電池１０１へ供給する水素燃料１ｂとして第１
段燃料用熱交換器１１１へ供給される。
【００７９】なお、第一段燃料用熱交換器１１７以降の
系統については実施の第１形態と同等である。
系統については実施の第１形態と同等である。
【００８０】このように、本実施の形態では、精製され
た水素を燃料とせず、化石燃料１ａをガスタービン１０
５の排気ガス２１を使って水素燃料１ａに改質して、燃
料電池１０１に供給できるようになり、燃料電池１０１
に供給できる燃料を多様化して、しかも実施の第１形態
と同等の効果を得ることができる。
た水素を燃料とせず、化石燃料１ａをガスタービン１０
５の排気ガス２１を使って水素燃料１ａに改質して、燃
料電池１０１に供給できるようになり、燃料電池１０１
に供給できる燃料を多様化して、しかも実施の第１形態
と同等の効果を得ることができる。
【００８１】さらに、本実施の形態では、変成器１２６
にて一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ2 ）に変化
させて分離し、燃料電池１０１に供給するようにしてい
るが、改質器１２５で改質された水素（Ｈ2 ）、一酸化
炭素からなる改質燃料を入口燃料として燃料電池１０１
に供給するようにしても良いものである。すなわち、排
空気１４中の窒素１７は、空気分離器１１６で除去され
ており、ガスタービン１０５から排出される排気ガス２
１，２３に二酸化炭素（ＣＯ2 ）が含まれる場合におい
ても、排気ガス２１，２３からの二酸化炭素（ＣＯ2 ）
の分離を困難にしていた窒素は、排気ガス２１，２３中
に含まれてないために、分離が容易になるからである。
但し、この場合、排気ガス２１，２３から二酸化炭素
（ＣＯ2 ）を分離して、取り除くガス分離器を新たに設
置する必要はある。
にて一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ2 ）に変化
させて分離し、燃料電池１０１に供給するようにしてい
るが、改質器１２５で改質された水素（Ｈ2 ）、一酸化
炭素からなる改質燃料を入口燃料として燃料電池１０１
に供給するようにしても良いものである。すなわち、排
空気１４中の窒素１７は、空気分離器１１６で除去され
ており、ガスタービン１０５から排出される排気ガス２
１，２３に二酸化炭素（ＣＯ2 ）が含まれる場合におい
ても、排気ガス２１，２３からの二酸化炭素（ＣＯ2 ）
の分離を困難にしていた窒素は、排気ガス２１，２３中
に含まれてないために、分離が容易になるからである。
但し、この場合、排気ガス２１，２３から二酸化炭素
（ＣＯ2 ）を分離して、取り除くガス分離器を新たに設
置する必要はある。
【００８２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合発電
システムは、空気との電気化学反応により発電を行うた
めに供給される燃料として、改質燃料が使用されるよう
にした燃料電池から、発電後に排出される未反応の改質
燃料を多く含む排燃料と、燃料電池から発電後に排出さ
れ、空気分離器により窒素分が分離されて、未反応の酸
素を多く含む排空気とが供給され、燃焼させた燃焼ガス
で駆動されて発電を行うガスタービン、発電に使用さ
れ、加熱されて燃料電池からガスタービンに供給される
高温の排空気および排燃料と、給水もしくは蒸気とをそ
れぞれ熱交換器で熱交換させ、生成された高温、高圧の
蒸気で駆動され、発電を行う蒸気タービン、発電に使用
され、加熱されて燃料電池からガスタービンに供給され
る高温の排燃料を、蒸気タービンを駆動する高温、高圧
の蒸気を生成する熱交換器で耐熱温度にまで冷却して、
燃料電池に供給される燃料中に供給するようにした排燃
料再循環ブロワ、発電に使用され、加熱されて燃料電池
からガスタービンに供給される高温の排空気を、蒸気タ
ービンを駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換器
で耐熱温度にまで冷却して、その一部を燃料電池に供給
される空気中に供給するようにした排空気再循環ブロワ
を設けるものとした。
システムは、空気との電気化学反応により発電を行うた
めに供給される燃料として、改質燃料が使用されるよう
にした燃料電池から、発電後に排出される未反応の改質
燃料を多く含む排燃料と、燃料電池から発電後に排出さ
れ、空気分離器により窒素分が分離されて、未反応の酸
素を多く含む排空気とが供給され、燃焼させた燃焼ガス
で駆動されて発電を行うガスタービン、発電に使用さ
れ、加熱されて燃料電池からガスタービンに供給される
高温の排空気および排燃料と、給水もしくは蒸気とをそ
れぞれ熱交換器で熱交換させ、生成された高温、高圧の
蒸気で駆動され、発電を行う蒸気タービン、発電に使用
され、加熱されて燃料電池からガスタービンに供給され
る高温の排燃料を、蒸気タービンを駆動する高温、高圧
の蒸気を生成する熱交換器で耐熱温度にまで冷却して、
燃料電池に供給される燃料中に供給するようにした排燃
料再循環ブロワ、発電に使用され、加熱されて燃料電池
からガスタービンに供給される高温の排空気を、蒸気タ
ービンを駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換器
で耐熱温度にまで冷却して、その一部を燃料電池に供給
される空気中に供給するようにした排空気再循環ブロワ
を設けるものとした。
【００８３】本発明の複合発電システムは、上述の構成
により、地球環境保全の観点から問題のある、排気ガス
中に二酸化炭素等の温暖化原因物質を含まず、かつ、高
効率の発電システムを実現できる。また、ガスタービン
入口ガス温度が高温化することなく、高い発電効率が得
られるシステムとすることができるために、ガスタービ
ン入口ガス温度の高温化に伴う、ガスタービンの冷却技
術もしくは新材料の新規開発をしなくて、従来と同様の
ガスタービンを使用するようにしても、高効率の発電シ
ステムを実現できる。さらに、燃料電池反応により排出
される熱量は、燃料及び空気の再循環により除熱され、
燃料電池を一定の運転温度に制御され、燃料電池は安定
した発電ができるようになる。
により、地球環境保全の観点から問題のある、排気ガス
中に二酸化炭素等の温暖化原因物質を含まず、かつ、高
効率の発電システムを実現できる。また、ガスタービン
入口ガス温度が高温化することなく、高い発電効率が得
られるシステムとすることができるために、ガスタービ
ン入口ガス温度の高温化に伴う、ガスタービンの冷却技
術もしくは新材料の新規開発をしなくて、従来と同様の
ガスタービンを使用するようにしても、高効率の発電シ
ステムを実現できる。さらに、燃料電池反応により排出
される熱量は、燃料及び空気の再循環により除熱され、
燃料電池を一定の運転温度に制御され、燃料電池は安定
した発電ができるようになる。
【００８４】また、本発明の複合発電システムは、ガス
タービンの排気ガスが蒸気タービンの排気と同様に高真
空圧にまで膨張させるようにした。
タービンの排気ガスが蒸気タービンの排気と同様に高真
空圧にまで膨張させるようにした。
【００８５】これにより、通常の蒸気タービンの排気と
同等の高真空圧まで膨張させ、ガスタービンを駆動でき
ることにより、ガスタービンの高出力化を図ることがで
きるようになり、ガスタービン入口ガス温度の高温化を
小さくでき、ガスタービンの冷却技術もしくは新材料の
選択が緩やかになる。
同等の高真空圧まで膨張させ、ガスタービンを駆動でき
ることにより、ガスタービンの高出力化を図ることがで
きるようになり、ガスタービン入口ガス温度の高温化を
小さくでき、ガスタービンの冷却技術もしくは新材料の
選択が緩やかになる。
【００８６】また、本発明の複合発電システムは、ガス
タービンの排気ガスを燃料電池に供給される燃料の加熱
に使用するようにした。
タービンの排気ガスを燃料電池に供給される燃料の加熱
に使用するようにした。
【００８７】これにより、燃料電池の作動効率が向上
し、発電効率が向上するとともに、ガスタービンから排
出される排気ガスがより低温になって、外部に放出され
るので地球環境保全の観点から、より秀れたものにな
る。さらに、ガスタービンとしての通常のガスタービン
が使用できるようになり、コストの面から有利となる。
し、発電効率が向上するとともに、ガスタービンから排
出される排気ガスがより低温になって、外部に放出され
るので地球環境保全の観点から、より秀れたものにな
る。さらに、ガスタービンとしての通常のガスタービン
が使用できるようになり、コストの面から有利となる。
【００８８】また、本発明の複合発電システムは、ガス
タービンの排気ガスを蒸気タービンの給水の加熱に使用
するようにした。
タービンの排気ガスを蒸気タービンの給水の加熱に使用
するようにした。
【００８９】これにより、ガスタービンに投入できる熱
量は減少するが、蒸気タービンへ投入する熱量が増大
し、蒸気タービンの発電効率が向上する。
量は減少するが、蒸気タービンへ投入する熱量が増大
し、蒸気タービンの発電効率が向上する。
【００９０】また、本発明の複合発電システムは、ガス
タービンの排気ガスを、燃料電池に供給される化石燃料
を改質燃料にする改質器の加熱に使用するようにした。
タービンの排気ガスを、燃料電池に供給される化石燃料
を改質燃料にする改質器の加熱に使用するようにした。
【００９１】これにより、燃料電池に供給される燃料の
多様化が図れ、搬用性の大きいプラントとすることがで
きる。
多様化が図れ、搬用性の大きいプラントとすることがで
きる。
【００９２】また、本発明の複合発電システムは、燃料
電池からガスタービンに供給される排燃料の供給ライン
から分岐させ、排燃料の一部を燃料再循環燃料ブロワに
供給するようにした分岐供給ラインに、蒸気タービンを
駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換器を設け、
耐熱温度にまで冷却された排燃料を燃料電池に供給され
る燃料中に供給するようにした。
電池からガスタービンに供給される排燃料の供給ライン
から分岐させ、排燃料の一部を燃料再循環燃料ブロワに
供給するようにした分岐供給ラインに、蒸気タービンを
駆動する高温、高圧の蒸気を生成する熱交換器を設け、
耐熱温度にまで冷却された排燃料を燃料電池に供給され
る燃料中に供給するようにした。
【００９３】これにより、蒸気タービンに投入できる熱
量は減少するが、ガスタービンへ投入する熱量が増大す
ることにより、ほぼ同等の効率を達成することができ
る。
量は減少するが、ガスタービンへ投入する熱量が増大す
ることにより、ほぼ同等の効率を達成することができ
る。
【図１】本発明の複合発電システムの実施の第１形態を
示すブロック図で、ブロック図が繁雑になるのを避ける
ため、図１（ａ）に燃料電池およびガスタービン部分の
ブロック図を示し、図（ｂ）に蒸気タービン部分のブロ
ック図、
示すブロック図で、ブロック図が繁雑になるのを避ける
ため、図１（ａ）に燃料電池およびガスタービン部分の
ブロック図を示し、図（ｂ）に蒸気タービン部分のブロ
ック図、
【図２】本発明の複合発電システムの実施の第２形態を
示す図で、図２（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図２（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
示す図で、図２（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図２（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
【図３】本発明の複合発電システムの実施の第３形態を
示す図で、図３（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図３（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
示す図で、図３（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図３（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
【図４】本発明の複合発電システムの実施の第４形態を
示す図で、図４（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図４（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
示す図で、図４（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図４（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
【図５】本発明の複合発電システムの実施の第５形態を
示す図で、図５（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図５（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
示す図で、図５（ａ）は燃料電池、ガスタービン部分を
示すブロック図、図５（ｂ）はブロック図が繁雑になる
ため蒸気タービン部分を取り出して示すブロック図、
【図６】燃料電池、ガスタービン、蒸気タービンを組み
合わせて発電を行うようにした公知の複合発電システム
を示すブロック図、
合わせて発電を行うようにした公知の複合発電システム
を示すブロック図、
【図７】燃料として水素燃料を、また、酸化剤として酸
素を、入口燃焼器に投入して駆動するようにしたガスタ
ービンを使用して、発電するようにした水素・酸素発電
システムを示すブロック図である。
素を、入口燃焼器に投入して駆動するようにしたガスタ
ービンを使用して、発電するようにした水素・酸素発電
システムを示すブロック図である。
１ａ 化石燃料 １ｂ 水素燃料 ２ａ 入口燃料 ２ｂ 入口燃料 ３ａ 排燃料 ３ｂ 排燃料 ４ａ 冷却排燃料 ４ｂ 冷却排燃料 ５ 再循環燃料 ６ 非水素ガス ７ 水素・二酸化炭素混合ガス ８ 排出水 ９ 改質用水 １０ 改質用化石燃料 １１ 空気 １１ａ 酸素 １２ 圧縮空気 １３ 入口空気 １４ 排空気 １５ 冷却排空気 １６ 酸素 １７ 窒素 １８ 再循環空気 １９ 残余空気 ２１ 排気ガス ２２ 冷却排ガス ２３ 排気ガス ２４ 排出ガス ３１ 給水 ３２ 蒸気 ３３ 排気 ３５ 蒸気 ４１ 電力 ４２ 電力 ４３ 電力 １０１ 燃料電池 １０２ インバータ １０３ 空気圧縮機 １０４ ガスタービン入口燃焼器 １０５ ガスタービン １０６ 発電機 １０７ 蒸気タービン １０８ 発電機 １０９ 排燃料再循環ブロワ １１０ 排空気再循環ブロワ １１１ 燃料用熱交換器 １１２ 空気用熱交換器 １１３ 排気ガスボイラ １１４ 復水器 １１５ 給水ポンプ １１６ 空気分離器 １１７ 第１段燃料用熱交換器 １１９ 第３段熱交換器 １２０ 第２段熱交換器 １２１ 第１段熱交換器 １２２ 燃料予熱用熱交換器 １２３ 給水予熱用熱交換器 １２５ 改質器 １２６ 変成器 １２７ ガス分離器 １２８ 改質用熱交換器 １２９ 改質用復水器 １３０ 改質用給水ポンプ １５１ 高圧タービン １５２ 中圧タービン １５３ 低圧タービン １５４ 中圧タービン排気 １５５ 熱交換器 １５６ 熱交換器 １５７ 熱交換器 １５８ 熱交換器 １５９ 低圧圧縮機 １６０ 高圧圧縮機 １６１ 入口燃焼器 １６２ 圧縮蒸気 １６３ 低圧蒸気 １６４ 低圧タービン排気 １６５ 復水器 １６６ （除去）水 １６７ 給水ポンプ １６８ 給水 １６９ 高圧蒸気 １７０ 高圧タービン排気 １７１ 発電機 １７２ 電力 ２０１ 煙突
Claims (6)
- 【請求項１】 供給された燃料と空気との電気化学反応
により発電を行う燃料電池、発電に使用されて前記燃料
電池から排出される排空気および排燃料を燃焼させた燃
焼ガスで発電を行うガスタービン、および前記排空気お
よび前記排燃料で生成される蒸気で発電を行う蒸気ター
ビンからなる複合発電システムにおいて、前記燃料とし
て水素燃料が使用された前記排燃料と空気分離器により
窒素分を分離した前記排空気とを供給し、燃焼させた燃
焼ガスで駆動される前記ガスタービンと、前記燃料電池
の発電時に加熱された前記排空気および前記排燃料と熱
交換する熱交換器で生成された蒸気で駆動される蒸気タ
ービンと、前記燃料電池から前記ガスタービンに供給さ
れる前記排燃料を、前記熱交換器で耐熱温度にまで冷却
して、前記燃料電池に供給される前記燃料中に供給する
排燃料再循環ブロワと、前記燃料電池から前記ガスター
ビンに供給される前記排空気を前記熱交換器で耐熱温度
にまで冷却して、その一部を前記燃料電池に供給される
前記空気中に供給する排空気再循環ブロワとを設けたこ
とを特徴とする複合発電システム。 - 【請求項２】 前記ガスタービンから排出される排気ガ
スを前記蒸気タービンの排気と同等の高真空圧の排気ガ
スにまで膨張させるようにして、前記ガスタービンを駆
動するようにしたことを特徴とする請求項１の複合発電
システム。 - 【請求項３】 前記ガスタービンから排出される排気ガ
スを前記燃料電池に供給される前記燃料の加熱に使用す
るようにしたことを特徴とする請求項１の複合発電シス
テム。 - 【請求項４】 前記ガスタービンから排出される排気ガ
スを前記蒸気タービンの給水の加熱に使用するようにし
たことを特徴とする請求項１の複合発電システム。 - 【請求項５】 前記ガスタービンから排出される排気ガ
スを、前記燃料電池に供給される化石燃料を前記水素燃
料に改質する改質器の加熱に使用するようにしたことを
特徴とする請求項１の複合発電システム。 - 【請求項６】 前記排燃料再循環ブロワが、前記燃料電
池から前記ガスタービンに供給される前記排燃料の一部
を分岐して、前記熱交換器で耐熱温度にまで冷却して前
記燃料電池に供給される前記燃料中に供給するようにさ
れていることを特徴とする請求項１の複合発電システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10097276A JPH11297336A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 複合発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10097276A JPH11297336A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 複合発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11297336A true JPH11297336A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14188012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10097276A Withdrawn JPH11297336A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 複合発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11297336A (ja) |
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- 1998-04-09 JP JP10097276A patent/JPH11297336A/ja not_active Withdrawn
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