特許 5769695 発電システム及び発電システムの停止方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5769695

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】発電システム及び発電システムの停止方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20060101AFI20150806BHJP

   H01M 8/00 20060101ALI20150806BHJP

   H01M 8/12 20060101ALN20150806BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Y

   H01M8/04 J

   H01M8/04 T

   H01M8/04 N

   H01M8/00 Z

   !H01M8/12

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-281470(P2012-281470)

(22)【出願日】2012年12月25日

(65)【公開番号】特開2014-127271(P2014-127271A)

(43)【公開日】2014年7月7日

【審査請求日】2014年10月17日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「固体酸化物形燃料電池を用いた事業用発電システム要素技術開発」共同研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】大澤 弘行

【審査官】 高田 基史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２７０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０６８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３８６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７４６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４５１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５８６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９５６８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４−８／０６

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、
空気極及び燃料極を有する燃料電池と、
前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスを前記燃焼器に供給する第１圧縮酸化性ガス供給ラインと、
前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの少なくとも一部を前記空気極に供給する第２圧縮酸化性ガス供給ラインと、
燃料ガスを前記燃焼器に供給する第１燃料ガス供給ラインと、
燃料ガスを前記燃料極に供給する第２燃料ガス供給ラインと、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃料極に戻す燃料ガス再循環ラインと、
前記燃料ガス再循環ラインに設けられる冷却器と、
前記燃料電池を停止し、前記圧縮機と前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインを遮断したときに前記冷却器を作動させる制御部と、
を有し、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを外部に排出する排出ラインと、パージガスとして不活性ガスを前記燃料極に供給するパージガス供給ラインが設けられ、
前記燃料ガス再循環ラインに第１遮断弁が設けられ、前記第１遮断弁を迂回する燃料ガスバイパスラインが設けられ、前記燃料ガスバイパスラインに第２遮断弁と前記冷却器が設けられ、
前記制御部は、前記燃料電池を停止したとき、前記第２燃料ガス供給ラインから前記燃料極への燃料ガス供給を継続する一方、前記排出ラインにより前記燃料極からの排燃料ガスを外部に排出し、
前記燃料電池が予め設定された所定温度まで低下したら、前記第２燃料ガス供給ラインから前記燃料極への燃料ガス供給を停止し、前記パージガス供給ラインから前記燃料極へ前記不活性ガスを供給する、
ことを特徴とする発電システム。

【請求項2】

前記燃料ガス再循環ラインに再循環送風機が設けられ、前記制御部は、前記燃料電池を停止したとき、前記再循環送風機を作動させることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

前記冷却器は、熱交換器を有することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記冷却器は、前記燃料ガス再循環ラインに水を供給するスプレーノズルまたはエゼクタを有することを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。

【請求項5】

前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインに圧縮酸化性ガスを供給する第３圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記空気極から排出される排酸化性ガスを外部に排出する排出ラインが設けられ、前記制御部は、前記燃料電池を停止したとき、前記第３圧縮酸化性ガス供給ラインにより圧縮酸化性ガスを供給する一方、前記排出ラインにより排酸化性ガスを外部に排出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の発電システム。

【請求項6】

前記冷却器は、前記燃料ガス再循環ラインに親水性炭化水素と水の混合液を供給するノズルを有することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。

【請求項7】

前記冷却器は、自然落下により混合液を前記燃料ガス再循環ラインに供給することを特徴とする請求項６に記載の発電システム。

【請求項8】

ガスタービンの圧縮機から燃料電池の空気極への圧縮酸化性ガスの供給を停止する工程と、
前記燃料電池の燃料極への燃料ガスの供給を停止する工程と、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃料極に再循環する工程と、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを冷却する工程と、
を有し、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを冷却するとき、
排燃料ガスを前記燃料極に再循環する燃料ガス再循環ラインに設けられた第１遮断弁を閉止し、前記第１遮断弁を迂回する燃料ガスバイパスラインに設けられた第２遮断弁を開放すると共に冷却器を作動し、
前記燃料極への燃料ガス供給を継続する一方、前記燃料極からの排燃料ガスを外部に排出し、
前記燃料電池が予め設定された所定温度まで低下したら、前記燃料極への燃料ガス供給を停止し、前記燃料極へパージガスとして不活性ガスを供給する、
ことを特徴とする発電システムの停止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システム及び発電システムの停止方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下ＳＯＦＣ）は、用途の広い高効率な燃料電池として知られている。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が高くされているので、ガスタービンの圧縮機から吐出された空気を空気極側に供給する空気（酸化剤）として使用することができる。また、ＳＯＦＣは、利用できなかった高温の燃料及び排熱をガスタービンの燃焼器において燃料及び酸化性ガスとして使用することができる。また、ＳＯＦＣの他に作動温度が高い燃料電池として溶融炭酸塩形燃料電池が知られており、ＳＯＦＣと同様にガスタービンとの連携による排熱利用が検討されている。

【0003】

このため、例えば、下記特許文献１−３に記載されるように、高効率発電を達成することができる発電システムとして、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたものが各種提案されている。この特許文献１に記載された固体電解質型燃料電池発電設備は、カソードリサイクルラインにカソード熱交換器の加熱側、冷却器、リサイクルブロアを設け、燃料電池を通過したカソードガスをカソード熱交換器と冷却器で冷却し、カソードガスラインに再循環させるものである。また、特許文献２に記載された複合発電システムは、燃料の一部を燃料電池に供給する水素燃料中に供給する排燃料再循環ブロワと、燃料を再循環燃料により加熱する燃料用熱交換器を設けたものである。また、特許文献３に記載された固体電解質燃料電池複合発電プラントシステムは、燃料供給ラインの燃料を燃料側排気ラインの排燃料により加熱する燃料加熱用熱交換器を設けたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−２１４０２１号公報

【特許文献2】特開平１１−２９７３３６号公報

【特許文献3】特開２０００−１３３２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した発電システムにて、ガスタービンとＳＯＦＣが作動して発電を行っている状態から、必要負荷の低下やＳＯＦＣの検査などの理由から、ＳＯＦＣだけを停止することがある。ＳＯＦＣは、発電時に高温となることから、早期に点検を行う必要がある場合等には、速やかに冷却することが望ましい。しかし、発電システムにおいて、ＳＯＦＣだけを停止して、ＳＯＦＣをガスタービンから切り離す場合、圧縮機からの圧縮空気の供給がなくなることから、ＳＯＦＣの冷却に長時間を要してしまうという問題がある。同様に、ガスタービンとＳＯＦＣを同時に停止する場合も、ガスタービンからの圧縮空気の供給がなくなり、同様にＳＯＦＣの冷却に長時間を要してしまうという問題がある。また、ＳＯＦＣとガスタービンを連携運転した状態で、ＳＯＦＣの作動温度を低下させて停止する方法も考えられるが、圧縮機の出口から供給される圧縮空気は、通常３００〜４５０℃程度あるため、ＳＯＦＣをその温度以下に冷却することができない。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料電池の停止する場合に、燃料電池を速やかに冷却可能とする発電システム及び発電システムの停止方法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】

【0007】

上記の目的を達成するための本発明の発電システムは、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、空気極及び燃料極を有する燃料電池と、前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスを前記燃焼器に供給する第１圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの少なくとも一部を前記空気極に供給する第２圧縮酸化性ガス供給ラインと、燃料ガスを前記燃焼器に供給する第１燃料ガス供給ラインと、燃料ガスを前記燃料極に供給する第２燃料ガス供給ラインと、前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃料極に戻す燃料ガス再循環ラインと、前記燃料ガス再循環ラインに設けられる冷却器と、前記燃料電池を停止し、前記圧縮機と前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインを遮断したときに前記冷却器を作動させる制御部と、を有することを特徴とするものである。

【0008】

従って、制御部は、第２圧縮酸化性ガス供給ラインと第２燃料ガス供給ラインを遮断して燃料電池を停止したとき、冷却器を作動させることで、燃料ガス再循環ラインを循環する排燃料ガスは冷却器により冷却され、冷却された排燃料ガスが燃料電池に導入されてこの燃料電池を冷却することとなり、燃料電池を停止するときにこの燃料電池を速やかに冷却することができる。

【0009】

本発明の発電システムでは、前記燃料ガス再循環ラインに再循環送風機が設けられ、前記制御部は、前記燃料電池を停止したとき、前記冷却器を作動させることを特徴としている。

【0010】

従って、再循環送風機により、燃料ガス再循環ラインの排燃料ガスを強制的に循環することとなり、冷却器により冷却された排燃料ガスを効果的に燃料電池に導入することとなり、燃料電池の冷却効率を向上することができる。

【0011】

本発明の発電システムでは、還元性ガスを前記燃料極に供給する還元性ガス供給ラインと、前記燃料極から排出される排燃料ガスを外部に排出する排出ラインが設けられ、前記制御部は、前記燃料電池を停止したとき、前記還元性ガス供給ラインにより所定量の還元性ガスを前記燃料極に供給する一方、前記排出ラインにより前記燃料極からの排燃料ガスを外部に排出することを特徴としている。

【0012】

従って、冷却器により排燃料ガスを介して燃料電池を冷却するとき、還元性ガスを燃料極に供給することで、燃料極の酸化を防止することができ、また、排出ラインから排燃料ガスを外部に排出することで、燃料極の圧力増加を防止することができる。

【0013】

本発明の発電システムでは、パージガスを前記燃料極に供給するパージガス供給ラインが設けられ、前記燃料電池が予め設定された所定温度まで低下したら、前記制御部は、前記還元性ガス供給ラインから前記燃料電池への還元性ガスの供給を停止し、前記パージガス供給ラインから前記燃料電池へ前記パージガスを供給することを特徴としている。

【0014】

この場合、燃料電池が所定温度まで低下したら、燃料極内のガスを全てパージガスに置換することで、燃料極の劣化を防止しつつ、燃料電池を停止した後においても化学的に安定な状態を維持することができる。パージガスとしては、不活性ガスが例示される。不活性ガスとは、窒素ガスや二酸化炭素ガス等が考えられる。

【0015】

本発明の発電システムでは、前記冷却器は、熱交換器を有することを特徴としている。

【0016】

従って、冷却器の構造を簡素化することができる。

【0017】

本発明の発電システムでは、前記冷却器は、前記燃料ガス再循環ラインに水を供給するスプレーノズルまたはエゼクタを有することを特徴としている。

【0018】

従って、燃料ガス再循環ラインを流れる排燃料ガスに水を供給することで、排燃料ガスが水を蒸発するときに気化潜熱が発生することから、排燃料ガスを効果的に冷却することができる。また、エゼクタの場合は、エゼクタから噴出される水により、再循環ラインでのガス再循環が成されることから、再循環送風機を停止してもガス流れが確保出来る。

【0019】

本発明の発電システムでは、前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインに圧縮酸化性ガスを供給する第３圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記空気極から排出される排酸化性ガスを外部に排出する排出ラインが設けられ、前記制御部は、前記燃料電池を停止したとき、前記第３圧縮酸化性ガス供給ラインにより圧縮酸化性ガスを供給する一方、前記排出ラインにより排酸化性ガスを外部に排出することを特徴としている。

【0020】

従って、燃料電池を停止したとき、空気極に圧縮酸化性ガスを供給する一方、内部の排酸化性ガスを排出することで、燃料極だけでなく空気極も冷却することができ、燃料電池を早期に冷却することができる。

【0021】

本発明の発電システムでは、前記冷却器は、前記燃料ガス再循環ラインに親水性炭化水素と水の混合液を供給するノズルを有することを特徴としている。

【0022】

従って、燃料ガス再循環ラインに親水性炭化水素と水の混合液を供給することで、燃料極を還元雰囲気に維持して酸化を防止しながら冷却することができる。

【0023】

本発明の発電システムでは、前記冷却器は、自然落下により混合液を前記燃料ガス再循環ラインに供給することを特徴としている。

【0024】

従って、外部からの動力供給無しに、容易に親水性炭化水素と水の混合液を燃料極に供給することができる。

【0025】

また、本発明の発電システムの停止方法は、ガスタービンの圧縮機から燃料電池の空気極への圧縮酸化性ガスの供給を停止する工程と、前記燃料電池の燃料極への燃料ガスの供給を停止する工程と、前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃料極に再循環する工程と、前記燃料極から排出される排燃料ガスを冷却する工程と、を有することを特徴とするものである。

【0026】

従って、燃料極から排出される排燃料ガスを冷却することで、冷却された排燃料ガスが燃料電池に導入されてこの燃料電池を冷却することとなり、燃料電池を停止するときにこの燃料電池を速やかに冷却することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明の発電システム及び発電システムの停止方法によれば、燃料ガス再循環ラインに冷却器を設け、第２圧縮酸化性ガス供給ラインと第２燃料ガス供給ラインを遮断して燃料電池を停止したときに冷却器を作動させるので、燃料ガス再循環ラインを循環する排燃料ガスが冷却器により冷却され、冷却された排燃料ガスにより燃料電池が冷却されることとなり、燃料電池を速やかに冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の実施例１に係る発電システムを表す概略構成図である。

【図2】図２は、実施例１の発電システムにおける停止時のタイムチャートである。

【図3】図３は、本発明の実施例２に係る発電システムを表す概略構成図である。

【図4】図４は、本発明の実施例３に係る発電システムを表す概略構成図である。

【図5】図５は、本発明の実施例４に係る発電システムを表す概略構成図である。

【図6】図６は、本発明の実施例５に係る発電システムを表す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下に添付図面を参照して、本発明に係る発電システム及び発電システムの停止方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

【実施例1】

【0030】

実施例１の発電システムは、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと称する。）とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたトリプルコンバインドサイクル（Ｔｒｉｐｌｅ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ：登録商標）である。このトリプルコンバインドシステムは、ガスタービンコンバインドサイクル発電（ＧＴＣＣ）の上流側にＳＯＦＣを設置することにより、ＳＯＦＣ、ガスタービン、蒸気タービンの３段階で電気を取り出すことができるため、極めて高い発電効率を実現することができる。なお、以下の説明では、本発明の燃料電池として固体酸化物形燃料電池を適用して説明するが、この形式の燃料電池に限定されるものではない。

【0031】

図１は、本発明の実施例１に係る発電システムを表す概略構成図、図２は、実施例１の発電システムにおける停止時のタイムチャートである。

【0032】

実施例１において、図１に示すように、発電システム１０は、ガスタービン１１及び発電機１２と、ＳＯＦＣ１３と、蒸気タービン１４及び発電機１５とを有している。この発電システム１０は、ガスタービン１１による発電と、ＳＯＦＣ１３による発電と、蒸気タービン１４による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成したものである。

【0033】

ガスタービン１１は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気（酸化性ガス）Ａを圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から第１圧縮空気供給ライン（第１圧縮酸化性ガス供給ライン）２６を通して供給された圧縮空気（圧縮酸化性ガス）Ａ１と、第１燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスＬ１とを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から排ガス供給ライン２８を通して供給された排ガス（燃焼ガス）Ｇにより回転する。なお、図示しないが、タービン２３は、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ１が車室を通して供給され、この圧縮空気Ａ１を冷却空気として翼などを冷却する。発電機１２は、タービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。なお、ここでは、燃焼器２２に供給する燃料ガスＬ１及び後述する燃料ガスＬ２、燃料ガスＬ４の各燃料ガスは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ_２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）などの炭化水素ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスを用いることが可能である。

【0034】

ＳＯＦＣ１３は、還元剤としての高温の燃料ガスと、酸化剤としての高温の空気（酸化性ガス）とが供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行うものである。このＳＯＦＣ１３は、圧力容器内に空気極と固体電解質と燃料極が収容されて構成される。空気極に圧縮機２１で圧縮された一部の圧縮空気（圧縮酸化性ガス）Ａ２が供給され、燃料極に燃料ガスＬ２が供給されることで発電を行う。また、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスは、酸素を略１５％〜３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である（以下、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスを空気という）。

【0035】

このＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン（第２圧縮酸化性ガス供給ライン）３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、供給する空気量を調整可能な制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能なブロワ（昇圧機）３３とが空気の流れ方向に沿って設けられている。制御弁３２は、第２圧縮空気供給ライン３１における空気の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ３３は、制御弁３２の下流側に設けられている。なお、制御弁３２とブロワ（昇圧機）３３の配置は、図１の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）や制御弁の形式によって順序を逆にして配置してもよい。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた排空気（排酸化性ガス）Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結されている。この排空気ライン（排酸化性ガスライン）３４は、空気極で用いられた排空気Ａ３を外部に排出する排出ライン３５と、燃焼器２２に連結される排酸化性ガス供給ライン３６とに分岐される。排出ライン３５は、排出する空気量を調整可能な制御弁３７が設けられ、排酸化性ガス供給ライン３６は、循環する空気量を調整可能な遮断弁３８が設けられている。

【0036】

また、ＳＯＦＣ１３は、燃料ガスＬ２を燃料極の導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン４１が設けられている。第２燃料ガス供給ライン４１は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、燃料極で用いられた排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結されている。この排燃料ライン４３は、外部に排出する排出ライン４４と、燃焼器２２に連結される排燃料ガス供給ライン４５とに分岐される。排出ライン４４は、排出する燃料ガス量を調整可能な制御弁４６が設けられ、排燃料ガス供給ライン４５は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４７と、燃料を昇圧可能なブロワ４８が排燃料ガスＬ３の流れ方向に沿って設けられている。制御弁４７は、排燃料ガス供給ライン４５における排燃料ガスＬ３の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ４８は、制御弁４７の排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に設けられている。なお、制御弁４７とブロワ（昇圧機）４８の配置は図１の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）や制御弁の形式によっては順序を逆にして配置してもよい。

【0037】

また、ＳＯＦＣ１３は、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１とを連結する燃料ガス再循環ライン４９が設けられている。燃料ガス再循環ライン４９は、排燃料ライン４３の排燃料ガスＬ３を第２燃料ガス供給ライン４１に再循環する再循環ブロワ（再循環送風機）５０が設けられている。

【0038】

蒸気タービン１４は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５１で生成された蒸気によりタービン５２を回転するものである。この排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１１（タービン２３）からの排ガスライン５３が連結されており、空気と高温の排ガスＧとの間で熱交換を行うことで、蒸気Ｓを生成する。蒸気タービン１４（タービン５２）は、排熱回収ボイラ５１との間に、蒸気供給ライン５４と給水ライン５５とが設けられている。そして、給水ライン５５は、復水器５６と給水ポンプ５７とが設けられている。発電機１５は、タービン５２と同軸上に設けられており、タービン５２が回転することで発電することができる。なお、排熱回収ボイラ５１で熱が回収された排ガスＧは、大気へ放出される。なお、本実施例においては排ガスＧをＨＲＳＧ５１の熱源として利用しているが、排ガスＧはＨＲＳＧ以外の各種機器の熱源として利用することも可能である。

【0039】

ここで、実施例１の発電システム１０の作動について説明する。発電システム１０を起動する場合、ガスタービン１１が起動した後に蒸気タービン１４、ＳＯＦＣ１３が起動する。

【0040】

まず、ガスタービン１１にて、圧縮機２１が空気Ａを圧縮し、燃焼器２２が圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼し、タービン２３が排ガスＧにより回転することで、発電機１２が発電を開始する。次に、蒸気タービン１４にて、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気Ｓによりタービン５２が回転し、これにより発電機１５が発電を開始する。

【0041】

ＳＯＦＣ１３では、まず、圧縮空気Ａ２を供給して昇圧を開始し、加熱を開始する。排出ライン３５の制御弁３７と排酸化性ガス供給ライン３６の遮断弁３８を閉止し、第２圧縮空気供給ライン３１のブロワ３３を停止した状態で、制御弁３２を所定開度だけ開放する。すると、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２が第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３側へ供給される。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、圧縮空気Ａ２が供給されることで圧力が上昇する。

【0042】

一方、ＳＯＦＣ１３では、燃料極側に燃料ガスＬ２、図示されていない圧縮空気ラインの分岐から圧縮空気（酸化性ガス）を供給するか、窒素等の不活性ガスを供給して昇圧を開始する。排出ライン４４の制御弁４６と排燃料ガス供給ライン４５の制御弁４７を閉止し、ブロワ４８を停止した状態で、第２燃料ガス供給ライン４１の制御弁４２を開放すると共に、燃料ガス再循環ライン４９の再循環ブロワ５０を駆動する。なお、再循環ブロワ５０は燃料極側の加圧前に起動していてもよい。すると、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１からＳＯＦＣ１３側へ供給されると共に、排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により再循環する。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、燃料ガスＬ２、空気、不活性ガス等が供給されることで圧力が上昇する。

【0043】

そして、ＳＯＦＣ１３の空気極側の圧力が圧縮機２１の出口圧力になると、制御弁３２を全開にすると共に、ブロワ３３が起動していなければブロワ３３を駆動する。それと同時に遮断弁３８を開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３を排酸化性ガス供給ライン３６から燃焼器２２に供給する。このとき、制御弁３７も開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３の一部を排出ライン３５から排出してもよい。すると、圧縮空気Ａ２がブロワ３３によりＳＯＦＣ１３側へ供給される。それと同時に制御弁４６を開放してＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を排出ライン４４から排出する。そして、ＳＯＦＣ１３における空気極側の圧力と燃料極側の圧力とが目標圧力に到達すると、ＳＯＦＣ１３の昇圧が完了する。

【0044】

その後、ＳＯＦＣ１３の圧力制御が安定したら、制御弁３７が開となっている場合は閉止する一方、遮断弁３８を開放する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３が排酸化性ガス供給ライン３６から燃焼器２２に供給される。また、排燃料ガスＬ３の成分が燃焼器へ投入可能な成分となったら、制御弁４６を閉止する一方、制御弁４７を開放してブロワ４８を駆動する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３が排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給される。このとき、第１燃料ガス供給ライン２７から燃焼器２２に供給される燃料ガスＬ１を減量する。

【0045】

ここで、ガスタービン１１の駆動による発電機１２での発電、ＳＯＦＣ１３での発電、蒸気タービン１４の駆動により発電機１５での発電が全て行われることとなり、発電システム１０が定常運転となる。

【0046】

ところで、上述した発電システムにて、ガスタービン１１は、圧縮機２１が圧縮した圧縮空気Ａ１を燃焼器２２と燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給すると、燃焼器２２は、圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１を混合して燃焼し、発生した排ガス（燃焼ガス）Ｇによりタービン２３を回転して発電機１２が発電を行う。一方、ＳＯＦＣ１３は、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２と燃料ガスＬ２を供給することで、圧縮空気Ａ２と燃料ガスＬ２が反応して発電を行う。

【0047】

このようにガスタービン１１とＳＯＦＣ１３が作動して発電を行っている状態から、ＳＯＦＣ１３を停止する場合、ＳＯＦＣ１３は、ガスタービン１１から切り離されることで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２の供給がなくなることから、冷却に長時間を要してしまう。しかし、ＳＯＦＣ１３は、その停止直後の高温領域においては、燃料極の酸化による劣化を防止する必要から、速やかに冷却することが望ましい。

【0048】

そこで、実施例１の発電システム１０では、燃料ガス再循環ライン４９に冷却器６４を設け、制御装置（制御部）６０は、第２圧縮空気供給ライン３１と第２燃料ガス供給ライン４１を遮断してＳＯＦＣ１３を停止したときに、この冷却器６４を作動させるようにしている。そのため、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、燃料ガス再循環ライン４９によりＳＯＦＣ１３を再循環する排燃料ガスＬ３を冷却器６４により冷却することで、冷却された排燃料ガスＬ３によりＳＯＦＣ１３を冷却することができ、このＳＯＦＣ１３を速やかに冷却することができる。

【0049】

この場合、燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ５０が設けられていることから、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、この再循環ブロワ５０を作動させることで、冷却器６４により冷却した排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ１３に強制的に循環し、このＳＯＦＣ１３を効率的に冷却することができる。

【0050】

具体的に説明すると、燃料ガス再循環ライン４９は、再循環ブロワ５０より排燃料ガスのＬ３流れ方向の下流側に遮断弁６１が設けられている。また、燃料ガス再循環ライン４９は、この遮断弁６１を迂回する燃料ガスバイパスライン６２が設けられ、この燃料ガスバイパスライン６２に遮断弁６３が設けられると共に、この遮断弁６３より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に冷却器６４が設けられている。この冷却器６４は、熱交換器であって、冷却水を流通可能な図示しない冷却配管が配置されており、燃料ガス再循環ライン４９を流れる排燃料ガスＬ３は、冷却器６４内に配置された冷却配管を流れる冷却水と熱交換することで冷却される。ここで、冷却器６４として、冷却水によるものだけではなく、排燃料ガスＬ３は空気やその他の低温の熱媒との熱交換により冷却させることもできる。

【0051】

従って、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３の運転時には、遮断弁６１を開放する一方、遮断弁６３を閉止する。そのため、ＳＯＦＣ１３から排出された排燃料ガスＬ３は、燃料ガス再循環ライン４９を通って再循環することができる。また、ＳＯＦＣ１３を停止したときには、遮断弁６１を閉止する一方、遮断弁６３を開放する。そのため、ＳＯＦＣ１３から排出された排燃料ガスＬ３は、燃料ガス再循環ライン４９から燃料ガスバイパスライン６２を通って再循環することができる。このとき、冷却器６４を作動することで、排燃料ガスＬ３を冷却することができる。

【0052】

また、パージガスＮをＳＯＦＣ１３の燃料極に供給するパージガス供給ライン６５が設けられ、このパージガス供給ライン６５に制御弁６６が設けられている。このパージガスＮは、不活性ガスが望ましく、例えば、窒素（Ｎ）や二酸化炭素とすることが望ましい。そして、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、ＳＯＦＣ１３の温度が高く、燃料極側を還元性雰囲気とする必要がある場合は、還元性雰囲気を維持するために、第２燃料ガス供給ライン４１の制御弁４２の開放を継続して、燃料ガスＬ２と水又は蒸気（図示しない）を供給することが望ましい。その後、ＳＯＦＣ１３の温度が低下して、ＳＯＦＣ１３の温度が燃料極における酸化に対し、ある程度の耐性を有する場合には、燃料ガスＬ２に代えて、パージガス供給ライン６５により所定量のパージガスＮを燃料極に供給するようにしている。このとき、ＳＯＦＣ１３や燃料ガス再循環ライン４９などで構成される循環経路は、閉塞されていることから、圧力が上昇してしまう。そのため、制御弁４６を所定開度だけ開放する、もしくは制御弁４６にて圧力制御することで、パージガス供給ライン６５から燃料極に供給したパージガスＮの供給量と同等の量、または、それより若干多い量の排燃料ガスＬ３を排出ライン４４により外部に排出するようにしている。また、若干多い量の排燃料ガスＬ３を排出する場合は、合わせて減圧が行われる。

【0053】

ＳＯＦＣ１３は、空気極の圧力と燃料極の圧力を同等に維持する必要がある。そのため、制御装置６０は、制御弁４６を開放して燃料極側の排燃料ガスを排出ライン４４から排出するとき、制御弁３７を開放して空気極側の排空気Ａ３を排出ライン３５から排出することで、空気極の圧力と燃料極の圧力を同等に維持する。この場合、空気極と燃料極にそれぞれ圧力センサを設け、圧力センサが検出した空気極の圧力と燃料極の圧力に基づいて、各制御弁６６，４６，３７の開度を調整することが望ましい。

【0054】

そして、ＳＯＦＣ１３が予め設定された所定温度（例えば、４００℃）まで低下したら、制御装置６０は、制御弁６６の開度を大きくすることで、パージガス供給ライン６５から供給するパージガスにより還元性ガスを不活性ガスに変更する。すると、ＳＯＦＣ１３や燃料ガス再循環ライン４９を流れる排燃料ガスＬ３中の還元性ガスが外部に排出され、化学的に安定な不活性ガスに置換される。

【0055】

実施例１の発電システムの停止方法は、ガスタービン１１の圧縮機２１からＳＯＦＣ１３の空気極への圧縮空気Ａ２の供給を停止する工程と、ＳＯＦＣ１３の燃料極への燃料ガスＬ２の供給を停止する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を燃料極に再循環する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を冷却する工程とを有している。

【0056】

ここで、実施例１の発電システムの停止方法を図２のタイムチャートを用いて具体的に説明する。なお、制御装置６０は、各制御弁３２，３７，４２，４６，４７，６６と遮断弁３８，６１，６３と各ブロワ３３，４８，５０を制御可能となっている。

【0057】

実施例１の発電システムの停止方法において、図１及び図２に示すように、ガスタービン１１とＳＯＦＣ１３が運転状態にあるとき、制御弁３２，４２，４７及び遮断弁３８，６１を開放する一方、各制御弁３７，４６，６６及び遮断弁６３を閉止し、ブロワ３３，４８，５０を作動する。すると、ＳＯＦＣ１３は、圧縮空気Ａ２が第２圧縮空気供給ライン３１から空気極に供給される一方、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１から燃料極に供給され、圧縮空気Ａ２と燃料ガスＬ２が反応して発電が行われる。そして、ＳＯＦＣ１３は、空気極から排空気Ａ３が排空気ライン３４に排出され、排酸化性ガス供給ラインを通して燃焼器２２に供給される一方、燃料極から排燃料ガスＬ３が排燃料ライン４３に排出され、排燃料ガス供給ライン４５を通して燃焼器２２に供給されると共に、燃料ガス再循環ライン４９を通して燃料極に戻される。

【0058】

そして、時間ｔ１にて、ＳＯＦＣ１３を停止するため、制御弁３２，４７及び遮断弁３８，６１を閉止する一方、各制御弁３７，４２，４６及び遮断弁６３を開放（制御弁３７，４６は、例えば、半開）し、ブロワ３３，４８を停止し、冷却器６４を作動する。すると、ＳＯＦＣ１３は、空気極への圧縮空気Ａ２の供給が停止される一方、燃料極への燃料ガスＬ２供給が継続され、燃料極の還元雰囲気が維持された状態で、発電が停止する。また、ＳＯＦＣ１３は、燃料極から排燃料ライン４３に排出された排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９を通して燃料極に循環されており、この排燃料ガスＬ３が冷却器６４により冷却される。そして、この冷却された排燃料ガスＬ３が燃料極に導入されることで、この燃料極が冷却される。

【0059】

また、時間ｔ２にて、ＳＯＦＣ１３が予め設定された所定温度まで冷却されると、制御弁４２を閉止する一方、制御弁６６，４６を開放する。また、ＳＯＦＣ１３は、パージガスＮがパージガス供給ライン６５から燃料極に供給される一方、燃料ガス再循環ライン４９の排燃料ガスＬ３が排出ライン４４から外部に排出される。そのため、燃料極は、パージガスＮにより還元雰囲気が不活性雰囲気に短時間で置換され、冷却器６４により冷却された排燃料ガスＬ３により冷却が継続される。

【0060】

その後、時間ｔ３にて、ＳＯＦＣ１３は、冷却が継続されることで温度がさらに低下し、燃料極がパージガスＮにより不活性雰囲気に置換されているので、健全性が維持される。なお、ここで、冷却器６４を停止してもよい。

【0061】

このように実施例１の発電システムにあっては、圧縮機２１と燃焼器２２を有するガスタービン１１と、空気極及び燃料極を有するＳＯＦＣ１３と、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ１を燃焼器２２に供給する第１圧縮空気ガス供給ライン２６と、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極に供給する第２圧縮空気ガス供給ライン３１と、燃料ガスを燃焼器２２に供給する第１燃料ガス供給ライン２７と、燃料ガスを燃料極に供給する第２燃料ガス供給ライン４１と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を燃料極に戻す燃料ガス再循環ライン４９と、燃料ガス再循環ライン４９に設けられる冷却器６４と、第２圧縮空気供給ライン３１と第２燃料ガス供給ライン４１を遮断してＳＯＦＣ１３を停止したときに冷却器６４を作動させる制御装置６０とを設ける。

【0062】

従って、ＳＯＦＣ１３への圧縮空気と燃料ガスの供給を停止して停止したとき、燃料ガス再循環ライン４９に設けられる冷却器６４を作動させることで、この燃料ガス再循環ライン４９を循環する排燃料ガスＬ３が冷却器６４により冷却され、冷却された排燃料ガスＬ３がＳＯＦＣ１３の燃料極に導入されて冷却されることとなり、ＳＯＦＣ１３を停止するときに速やかに冷却することができる。

【0063】

実施例１の発電システムでは、燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ５０を設け、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、この再循環ブロワ５０を作動させる。従って、再循環ブロワ５０により燃料ガス再循環ライン４９の排燃料ガスＬ３が強制的に循環されることとなり、冷却器６４により冷却された排燃料ガスＬ３を効果的にＳＯＦＣ１３に導入することとなり、ＳＯＦＣ１３の冷却効率を向上することができる。

【0064】

実施例１の発電システムでは、パージガスＮを燃料極に供給するパージガス供給ライン６５と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を外部に排出する排出ライン４４を設け、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、パージガス供給ライン６５により所定量のパージガスを燃料極に供給する一方、排出ライン４４により燃料極からの排燃料ガスＬ３を外部に排出する。従って、冷却器６４により排燃料ガスＬ３を介してＳＯＦＣ１３を冷却するとき、燃料極の酸化による劣化を防止するためにパージガスＮを燃料極に供給する。また、排出ライン４４から排燃料ガスＬ３を外部に排出することで、燃料極の圧力増加を防止することができる。

【0065】

実施例１の発電システムでは、ＳＯＦＣ１３が予め設定された所定温度まで低下したら、制御装置６０は、パージガス供給ライン６５からパージガスを供給することで、燃料極内の排燃料ガスＬ３を全てパージガスＮにより不活性雰囲気に置換することで、燃料極の劣化を防止することができる。

【0066】

実施例１の発電システムでは、冷却器６４を熱交換器としている。従って、冷却器６４の構造を簡素化することができる。

【0067】

また、実施例１の発電システムの停止方法にあっては、ガスタービン１１の圧縮機２１からＳＯＦＣ１３の空気極への圧縮空気Ａ２の供給を停止する工程と、ＳＯＦＣ１３の燃料極への燃料ガスＬ２の供給を停止する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を燃料極に再循環する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を冷却する工程とを有している。

【0068】

従って、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を冷却することで、冷却された排燃料ガスＬ３がＳＯＦＣ１３に導入されて冷却することとなり、このＳＯＦＣ１３を停止するときに速やかに冷却することができる。

【実施例2】

【0069】

図３は、本発明の実施例２に係る発電システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0070】

実施例２の発電システム１０は、図３に示すように、燃料ガス再循環ライン４９に冷却器７１を設け、制御装置６０は、第２圧縮空気供給ライン３１と第２燃料ガス供給ライン４１を遮断してＳＯＦＣ１３を停止したときに、この冷却器７１を作動させるようにしている。そのため、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、燃料ガス再循環ライン４９によりＳＯＦＣ１３を再循環する排燃料ガスＬ３を冷却器７１により冷却することで、冷却された排燃料ガスＬ３によりＳＯＦＣ１３を冷却することができ、このＳＯＦＣ１３を速やかに冷却することができる。

【0071】

この場合、燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ５０が設けられていることから、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、この再循環ブロワ５０を作動させることで、冷却器７１により冷却した排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ１３に強制的に循環し、このＳＯＦＣ１３を効率的に冷却することができる。

【0072】

具体的に説明すると、燃料ガス再循環ライン４９は、再循環ブロワ５０より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に冷却器７１が設けられている。水を貯留可能な貯留タンク７２は、水供給ライン７３の基端部が連結されており、この水供給ライン７３は、制御弁７４とポンプ７５が設けられ、先端部が冷却器７１まで延出されてスプレーノズル７６が設けられている。このスプレーノズル７６は、燃料ガス再循環ライン４９における燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に向けて水を噴霧することできる。なお、水流量の調整が不要な場合は制御弁７４を遮断弁もしくは逆止弁とすることもできる。

【0073】

従って、ＳＯＦＣ１３を停止するとき、制御装置６０は、冷却器７１において、制御弁７４を開放し、ポンプ７５を作動することで、貯留タンク７２の水を水供給ライン７３からスプレーノズル７６に送り、このスプレーノズル７６から燃料ガス再循環ライン４９を流れる排燃料ガスＬ３に対して水を噴射する。すると、噴射された水が高温の排燃料ガスＬ３により気化されることで、この気化潜熱の発生により排燃料ガスＬ３を冷却することができる。

【0074】

このように実施例２の発電システムにあっては、冷却器７１として、燃料ガス再循環ライン４９に水を供給するスプレーノズル７６を設けている。従って、スプレーノズル７６により燃料ガス再循環ライン４９を流れる排燃料ガスＬ３に水を供給することで、この排燃料ガスＬ３が水を蒸発するときに気化潜熱が発生することから、排燃料ガスＬ３を効果的に冷却することができる。なお、水の替わりに水と親水性炭化水素の混合流体とすることで、冷却と合わせて還元性雰囲気の維持を行うこともできる。

【実施例3】

【0075】

図４は、本発明の実施例３に係る発電システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0076】

実施例３の発電システム１０は、図４に示すように、燃料ガス再循環ライン４９に冷却器８１を設け、制御装置６０は、第２圧縮空気供給ライン３１と第２燃料ガス供給ライン４１を遮断してＳＯＦＣ１３を停止したときに、この冷却器８１を作動させるようにしている。そのため、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、燃料ガス再循環ライン４９によりＳＯＦＣ１３を再循環する排燃料ガスＬ３を冷却器８１により冷却することで、冷却された排燃料ガスＬ３によりＳＯＦＣ１３を冷却することができ、このＳＯＦＣ１３を速やかに冷却することができる。

【0077】

具体的に説明すると、燃料ガス再循環ライン４９は、再循環ブロワ５０より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に冷却器８１が設けられている。水を貯留可能な貯留タンク８２は、水供給ライン８３の基端部が連結されており、この水供給ライン８３は、制御弁８４とポンプ８５が設けられ、先端部に冷却器８１が設けられている。この冷却器８１は、エゼクタであって、燃料ガス再循環ライン４９における燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に向けて水を噴射することできる。

【0078】

従って、ＳＯＦＣ１３が停止するとき、制御装置６０は、冷却器８１において、制御弁８４を開放し、ポンプ８５を作動することで、貯留タンク８２の水を水供給ライン８３から冷却器（エゼクタ）８１に送り、この冷却器８１から燃料ガス再循環ライン４９に水を噴射する。すると、この噴射水は、燃料ガスＬ３の流れ方向に向けて噴射されることで、この燃料ガス再循環ライン４９の排燃料ガスＬ３をその流れ方向に誘導することができる。このとき、水が高温の排燃料ガスＬ３により気化されることで、この気化潜熱の発生により排燃料ガスを冷却することができる。

【0079】

この場合、燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ５０が設けられているが、冷却器８１から燃料ガス再循環ライン４９に噴射される水により、燃料ガス再循環ライン４９で燃料ガスＬ３の流れが形成されることとなり、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、この再循環ブロワ５０を作動させることなく、冷却器８１により冷却した排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ１３に強制的に循環し、このＳＯＦＣ１３を効率的に冷却することができる。

【0080】

このように実施例３の発電システムにあっては、冷却器８１として、燃料ガス再循環ライン４９に水を供給するエゼクタを設けている。従って、冷却器（エゼクタ）８１により燃料ガス再循環ライン４９における排燃料ガスＬ３の流れ方向に向けて水を供給することで、排燃料ガスＬ３が水を蒸発するときに気化潜熱が発生することから、排燃料ガスＬ３を効果的に冷却することができる。また、冷却器（エゼクタ）８１からの水流により燃料ガス再循環ライン４９で排燃料ガスＬ３の流れが形成されることとなり、再循環ブロワ５０を作動させる必要がなくなり、必要動力を低減することができる。

【実施例4】

【0081】

図５は、本発明の実施例４に係る発電システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0082】

実施例４の発電システム１０は、図５に示すように、燃料ガス再循環ライン４９に冷却器６４を設け、制御装置６０は、第２圧縮空気供給ライン３１と第２燃料ガス供給ライン４１を遮断してＳＯＦＣ１３を停止したときに、この冷却器６４を作動させるようにしている。そのため、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、燃料ガス再循環ライン４９によりＳＯＦＣ１３を再循環する排燃料ガスＬ３を冷却器６４により冷却することで、冷却された排燃料ガスＬ３によりＳＯＦＣ１３を冷却することができ、このＳＯＦＣ１３を速やかに冷却することができる。

【0083】

具体的に説明すると、燃料ガス再循環ライン４９は、再循環ブロワ５０より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に遮断弁６１が設けられている。また、燃料ガス再循環ライン４９は、この遮断弁６１を迂回する燃料ガスバイパスライン６２が設けられ、この燃料ガスバイパスライン６２に遮断弁６３が設けられると共に、この遮断弁６３より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に冷却器６４が設けられている。この冷却器６４は、熱交換器である。

【0084】

また、第２圧縮空気供給ライン３１は、ブロワ３３より圧縮空気Ａ２の流れ方向の下流側に第３圧縮空気供給ライン９１が連結されており、この第３圧縮空気供給ライン９１は、制御弁９３とブロワ９２が設けられている。なお、空気流量の調整が不要な場合は制御弁９３を遮断弁とすることもできる。

【0085】

従って、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、遮断弁６１を閉止する一方、遮断弁６３を開放する。そのため、ＳＯＦＣ１３から排出された排燃料ガスＬ３は、燃料ガス再循環ライン４９から燃料ガスバイパスライン６２を通って再循環することができる。このとき、冷却器６４を作動することで、排燃料ガスＬ３を冷却することができ、冷却された排燃料ガスＬ３によりＳＯＦＣ１３の燃料極を冷却することができる。また、制御装置６０は、制御弁９３を開放してブロワ９２を作動する一方、制御弁３７を開放する。すると、第３圧縮空気供給ライン９１から圧縮空気が第２圧縮空気供給ライン３１に供給される一方、排出ライン３５から排空気が外部に排出される。そのため、ＳＯＦＣ１３に外部から空気が供給されて空気極を冷却することができる。

【0086】

このように実施例４の発電システムにあっては、第２圧縮空気供給ライン３１に圧縮空気を供給する第３圧縮空気供給ライン９１と、空気極から排出される排空気を外部に排出する排出ライン３５を設け、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、第３圧縮空気供給ライン９１により圧縮空気を供給する一方、排出ライン３５により排空気を外部に排出する。

【0087】

従って、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、空気極に圧縮空気を供給する一方、内部の排空気を排出することで、燃料極だけでなく空気極も冷却することができ、ＳＯＦＣ１３を早期に冷却することができる。なお、第３圧縮酸化性ガス供給ラインからの酸化性ガス供給を、ＳＯＦＣが減圧した後のみに限る場合は、送風機の昇圧幅を低減することができ、安価にシステムを構築することができる。

【実施例5】

【0088】

図６は、本発明の実施例５に係る発電システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0089】

実施例５の発電システム１０は、図６に示すように、燃料ガス再循環ライン４９に冷却器１０１を設け、制御装置６０は、第２圧縮空気供給ライン３１と第２燃料ガス供給ライン４１を遮断してＳＯＦＣ１３を停止したときに、この冷却器１０１を作動させるようにしている。そのため、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、燃料ガス再循環ライン４９によりＳＯＦＣ１３を再循環する排燃料ガスＬ３を冷却器１０１により冷却することで、冷却された排燃料ガスＬ３によりＳＯＦＣ１３を冷却することができ、このＳＯＦＣ１３を速やかに冷却することができる。

【0090】

この場合、燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ５０が設けられていることから、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を停止したとき、この再循環ブロワ５０を作動させることで、冷却器１０１により冷却した排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ１３に強制的に循環し、このＳＯＦＣ１３を効率的に冷却することができる。

【0091】

具体的に説明すると、燃料ガス再循環ライン４９は、再循環ブロワ５０より排燃料ガスの流れ方向の下流側に冷却器１０１が設けられている。親水性炭化水素と水の混合液を貯留可能な貯留タンク１０２は、溶液供給ライン１０３の基端部が連結されており、この溶液供給ライン１０３は、制御弁１０４が設けられ、先端部が冷却器１０１まで延出されてスプレーノズル１０５が設けられている。このスプレーノズル１０５は、燃料ガス再循環ライン４９における燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に向けて溶液を噴霧することできる。なお、水流量の調整が不要な場合は制御弁１０４を遮断弁とすることもできる。

【0092】

この場合、親水性炭化水素とは、メタノールやエタノールであって、水と重量比が１対１から１対３程度の範囲になるように混合する。また、貯留タンク１０２を燃料ガス再循環ライン４９より上方に配置し、貯留された溶液を自重（自然落下）により溶液供給ライン１０３を通してスプレーノズル１０５から噴霧できるようにしている。

【0093】

従って、ＳＯＦＣ１３を停止するとき、制御装置６０は、冷却器１０１において、制御弁１０４を開放することで、貯留タンク１０２の水を溶液供給ライン１０３からスプレーノズル１０５に送り、このスプレーノズル１０５から燃料ガス再循環ライン４９を流れる排燃料ガスＬ３に対して溶液を噴霧する。すると、噴霧された溶液（親水性炭化水素と水）が高温の排燃料ガスＬ３により気化されることで、この気化潜熱の発生により排燃料ガスＬ３を冷却することができる。

【0094】

また、溶液（親水性炭化水素と水）が燃料極に導入されることで、改質されて水素が発生して還元雰囲気に維持されることから、燃料極の酸化が防止される。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋３Ｈ_２

【0095】

なお、ここでは、貯留タンク１０２を燃料ガス再循環ライン４９より上方に配置し、溶液を自重によりスプレーノズル１０５から噴霧するようにしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、ポンプにより溶液を圧送してもよいし、タンク内に不活性ガス（例えば、窒素など）を加圧充填しておき、溶液を圧送してもよいし、また、エゼクタにより供給したりしてもよい。また、自重で噴霧する流体は水として、燃料ガスを別途供給することにより還元性雰囲気を維持してもよい。

【0096】

このように実施例５の発電システムにあっては、冷却器１０１として、燃料ガス再循環ライン４９に親水性炭化水素と水の混合液を供給するスプレーノズル１０５を設けている。

【0097】

従って、燃料ガス再循環ライン４９に親水性炭化水素と水の混合液を供給することで、溶液が燃料極で改質されて水素が発生し、還元雰囲気を維持することができると共に、溶液が高温の排燃料ガスＬ３により気化され、この気化潜熱の発生により排燃料ガスＬ３を冷却することができ、燃料極を冷却することができる。

【0098】

なお、上述した実施例にて、ＳＯＦＣ１３の燃料極からの排燃料ライン４３に排燃料ガス供給ライン４５を連結すると共に、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１を燃料ガス再循環ライン４９により連結したが、この構成に限定されるものではない。例えば、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１を燃料ガス再循環ライン４９により連結し、燃料ガス再循環ライン４９における再循環ブロワ５０より排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に排燃料ガス供給ライン４５を連結してもよい。

【符号の説明】

【0099】

１０ 発電システム
１１ ガスタービン
１２ 発電機
１３ 固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
１４ 蒸気タービン
１５ 発電機
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２６ 第１圧縮空気供給ライン（第１圧縮酸化性ガス供給ライン）
２７ 第１燃料ガス供給ライン
３１ 第２圧縮空気供給ライン（第２圧縮酸化性ガス供給ライン）
３２ 制御弁
３３ ブロワ
３５ 排出ライン
３６ 排酸化性ガス供給ライン
３７ 制御弁
３８ 遮断弁
４１ 第２燃料ガス供給ライン
４２ 制御弁
４４ 排出ライン
４５ 排燃料ガス供給ライン
４６ 制御弁
４７ 制御弁
４８ ブロワ
４９ 燃料ガス再循環ライン
５０ 再循環ブロワ（再循環送風機）
６０ 制御装置（制御部）
６４，７１，８１，１０１ 冷却器
９１ 第３圧縮空気供給ライン（第３圧縮酸化性ガス供給ライン）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】