特許 6049421 発電システム及び発電システムの運転方法

(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】6049421

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】発電システム及び発電システムの運転方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04746 20160101AFI20161212BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20161212BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20161212BHJP

   F02C 6/00 20060101ALI20161212BHJP

   F02C 6/10 20060101ALI20161212BHJP

   F02C 3/30 20060101ALI20161212BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 A

   H01M8/04 J

   H01M8/00 Z

   F02C6/00 E

   F02C6/10

   F02C3/30 A

   !H01M8/12

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-258025(P2012-258025)

(22)【出願日】2012年11月26日

(65)【公開番号】特開2014-107071(P2014-107071A)

(43)【公開日】2014年6月9日

【審査請求日】2015年7月13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

(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】 武市 匡紘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３１７７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３４２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０５９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２７０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０６４０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２３７５８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４

Ｆ０２Ｃ １／００−９／５８

(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、
前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインに設けられる酸化性ガス昇圧機と、
前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、
第１の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、
第２の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焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、
前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス昇圧機と、
前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記酸化性ガス昇圧機と前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスを所定圧力まで昇圧して前記空気極に供給する一方、前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御することで前記燃料極からの排燃料ガスを昇圧して前記燃焼器に供給すると共に、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで、前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスの前記空気極での圧力損失分を昇圧し、前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御することで、前記燃料極からの排燃料ガスの前記燃焼器での圧力損失分を昇圧する、
ことを特徴とする発電システム。

【請求項2】

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が設けられると共に、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、前記再循環送風機を駆動制御することで、再循環燃料ガス量を調整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3】

前記排燃料ガス供給ラインに制御弁が設けられ、前記制御部は、前記制御弁の開度を制御することで、前記燃料極の圧力を調整することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記空気極の圧力を検出する第１検出器と、前記燃料極の圧力を検出する第２検出器とが設けられ、前記制御部は、前記第１検出器により検出された第１圧力と前記第２検出器により検出された第２圧力が同圧となるように、前記酸化性ガス昇圧機と前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つ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おける前記酸化性ガス昇圧機より酸化性ガスの流れ方向の上流側に冷却器が設けられ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】

圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスをガスタービンの燃焼器に供給する工程と、
燃料ガスを前記燃焼器に供給する工程と、
前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの一部を所定圧力まで昇圧して燃料電池の空気極に供給する工程と、
燃料ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する工程と、
前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する工程と、
前記燃料極から排出される排燃料ガスを昇圧して前記燃焼器に供給する工程と、
前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記空気極に供給される圧縮酸化性ガスの圧力と前記燃焼器に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程と、
前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスの前記空気極での圧力損失分を昇圧すると共に前記燃料極からの排燃料ガスの前記燃焼器での圧力損失分を昇圧する工程と、
を有することを特徴とする発電システムの運転方法。

【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運転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、２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に記載されたコンバインドシステムは、ＳＯＦＣと、このＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと排出空気とを燃焼するガスタービン燃焼器及び空気を圧縮してＳＯＦＣに供給する圧縮機を有するガスタービンとを設けたものである。また、特許文献２に記載された燃料電池発電装置は、蒸気が含まれる燃料ガスを水素が含まれるアノードガスに改質する改質器と、アノードガスと酸素及び二酸化炭素を含むカソードガスとから発電する燃料電池と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２００９−２０５９３２号公報

【特許文献2】特開平１０−２９４１１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した従来の発電システムにて、ガスタービンは、圧縮機が空気を圧縮して燃焼器に供給すると共にその一部をＳＯＦＣに供給し、ＳＯＦＣからの排空気を燃焼器に供給する。また、ガスタービンは、燃料ガスを燃焼器に供給すると共にＳＯＦＣからの排燃料ガスを燃焼器に供給する。この場合、ＳＯＦＣでは、供給される空気の圧力と燃料の圧力をほぼ均一にする必要がある。ところが、ガスタービンでは、燃料噴射ノズルの圧力損失を考慮すると、供給される空気の圧力に対して燃料の圧力を高く設定する必要がある。そのため、ガスタービンとＳＯＦＣを連携させる発電システムでは、空気と燃料ガスとの圧力バランス制御が困難なものとなってしまう。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガスタービンと燃料電池との間で酸化性ガスの圧力と燃料ガスの圧力を適正に調整することで発電効率の向上を可能とする発電システム及び発電システムの運転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、前記第２圧縮酸化性ガス供給ラインに設けられる酸化性ガス昇圧機と、前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、第１の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、第２の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焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス昇圧機と、前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記酸化性ガス昇圧機と前記排燃料ガス昇圧機を駆動制御する制御部と、を有することを特徴とするものである。

【0008】

従って、第２圧縮酸化性ガス供給ラインに酸化性ガス昇圧機を設けると共に、排燃料ガス供給ラインに排燃料ガス昇圧機を設け、制御部が空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように酸化性ガス昇圧機と排燃料ガス昇圧機を駆動制御する。そのため、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。

【0009】

本発明の発電システムでは、前記制御部は、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスを所定圧力まで昇圧して前記空気極に供給する一方、前記燃料ガス昇圧機を駆動制御することで前記燃料極からの排燃料ガスを昇圧して前記燃焼器に供給することを特徴としている。

【0010】

従って、圧縮酸化性ガスを昇圧して空気極に供給することで、空気極で圧力損失が発生しても燃料電池、ガスタービンを適正に運転することができ、また、排燃料ガスを昇圧して燃焼器に供給することで、燃焼器で圧力損失が発生しても燃料電池、ガスタービンを適正に運転することができる。

【0011】

本発明の発電システムでは、前記制御部は、前記酸化性ガス昇圧機を駆動制御することで、前記圧縮機からの圧縮酸化性ガスの少なくとも圧力損失分を昇圧することを特徴としている。

【0012】

従って、圧縮酸化性ガスの少なくとも圧力損失分を昇圧することで、空気極から排出された排酸化性ガスの圧力は圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの圧力と同等となり、排酸化性ガスを適正に燃焼器に戻すことができ、燃焼器を安定して運転することができる。

【0013】

本発明の発電システムでは、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が設けられると共に、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、前記再循環送風機を駆動制御することで、再循環燃料ガス量を調整することを特徴としている。

【0014】

従って、前記制御部は、再循環送風機を駆動制御することで、燃料極の圧力を調整するため、燃料極の圧力と燃焼器に供給する排燃料ガスの圧力を容易に適正圧力に調整することができる。

【0015】

本発明の発電システムでは、前記排燃料ガス供給ラインに制御弁が設けられ、前記制御部は、前記制御弁の開度を制御することで、前記燃料極の圧力を調整することを特徴としている。

【0016】

従って、制御弁の開度調整により容易に燃料極の圧力を調整することができる。

【0017】

本発明の発電システムでは、前記空気極の圧力を検出する第１検出器と、前記燃料極の圧力を検出する第２検出器とが設けられ、前記制御部は、前記第１検出器により検出された第１圧力と前記第２検出器により検出された第２圧力が同圧となるように、前記酸化性ガス昇圧機と燃料ガス昇圧機を駆動制御することを特徴としている。

【0018】

従って、空気極の圧力と燃料極の圧力を用いてフィードバック制御することで、この空気極の圧力と燃料極の圧力を高精度に調整することができる。

【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おける前記酸化性ガス昇圧機より酸化性ガスの流れ方向の上流側に冷却器が設けられることを特徴としている。

【0020】

従って、圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを冷却器により冷却してから酸化性ガス昇圧機で昇圧し、空気極に供給することで、この酸化性ガス昇圧機の駆動力を低減することができる。

【0021】

また、本発明の発電システムの運転方法は、圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスをガスタービンの燃焼器に供給する工程と、燃料ガスを前記燃焼器に供給する工程と、前記圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスの一部を燃料電池の空気極に供給する工程と、燃料ガスを前記燃料電池の燃料極に供給する工程と、前記空気極から排出される排酸化性ガスを前記燃焼器に供給する工程と、前記燃料極から排出される排燃料ガスを前記燃焼器に供給する工程と、前記空気極の圧力と前記燃料極の圧力が均一化されるように前記空気極に供給される圧縮酸化性ガスの圧力と前記燃焼器に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程と、を有することを特徴とするものである。

【0022】

従って、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。発電効率を向上することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の発電システム及び発電システムの運転方法によれば、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように酸化性ガス昇圧機と排燃料ガス昇圧機を駆動制御するので、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の実施例１に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図である。

【図2】図２は、実施例１の発電システムを表す概略構成図である。

【図3】図３は、本発明の実施例２に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図である。

【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。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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運転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】

【0026】

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サイクルは、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。

【0027】

図１は、本発明の実施例１に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図、図２は、実施例１の発電システムを表す概略構成図である。

【0028】

実施例１において、図２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。

【0029】

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の各燃料ガスは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）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。

【0030】

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。なお、ここでは、ＳＯＦＣ１３に供給する燃料ガスＬ２として、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ている。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）。

【0031】

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（酸化性ガス昇圧機）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及び図２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良い。

【0032】

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に連結される排空気供給ライン（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、排空気供給ライン３６は、循環する空気量を調整可能な制御弁３８が設けられている。

【0033】

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、排燃料ガスＬ３を昇圧可能なブロワ（排燃料ガス昇圧機）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３２とブロワ（昇圧機）３３の配置は図１及び図２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良い。

【0034】

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。

【0035】

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、有害物質を除去されてから大気へ放出される。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。

【0036】

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の順に起動する。

【0037】

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。

【0038】

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を停止した状態もしくはブロワ３３を運転した状態で、制御弁３２もしくは加圧専用の図示されていない制御弁を所定開度だけ開放する。なお、ここで昇圧速度を制御する為の開度調整を行っても良い。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。

【0039】

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良い。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、圧縮空気、不活性ガス等が供給されることで圧力が上昇する。

【0040】

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にてＳＯＦＣへの供給空気流量を制御すると共に、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。

【0041】

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の開放を維持する。このため、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に供給され続ける。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。

【0042】

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。

【0043】

ところで、一般的な発電システムにて、ガスタービン１１は、圧縮機２１が空気Ａを圧縮して燃焼器２２に供給すると共にその一部をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３を燃焼器２２に供給する。また、ガスタービン１１は、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給すると共にＳＯＦＣ１３からの排燃料Ｌ３ガスを燃焼器２２に供給する。この場合、ＳＯＦＣ１３では、微小な隙間からのリークにより圧縮空気Ａ２と燃料ガスＬ２が燃料電池内で相互に混入し、消費されることで効率が低下することを防止するために、供給される圧縮空気Ａ２の圧力と燃料ガスＬ２の圧力をほぼ均一にする必要がある。ところが、ガスタービン１１では、ガスタービン燃焼器の燃料噴射ノズルの圧力損失を考慮すると、供給される空気の圧力に対して燃料の圧力を高く設定する必要があるので、圧縮空気と燃料ガスとの圧力バランス制御が困難なものとなっている。

【0044】

そこで、実施例１の発電システム１０では、図１に示すように、第２圧縮空気供給ライン３１に空気昇圧機（酸化性ガス昇圧機）としてのブロワ３３を設けると共に、排燃料ガス供給ライン４５に排燃料ガス昇圧機としてのブロワ４８を設け、制御装置（制御部）６１は、ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，４８を駆動制御する。

【0045】

即ち、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を所定圧力まで昇圧して空気極に供給する一方、ブロワ４８を駆動制御することで燃料極からの排燃料ガスを昇圧して燃焼器２２に供給する。

【0046】

具体的に、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を空気極での圧力損失分だけ昇圧する。また、制御装置６１は、ブロワ４８を駆動制御することで、燃料極からの排燃料ガスＬ３を燃焼器（燃料噴射ノズル）２２での圧力損失分だけ昇圧する。

【0047】

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極から排出される排燃料を燃料極に戻す燃料ガス再循環ライン４９を設けると共に、この燃料ガス再循環ライン４９に再循環ブロワ（再循環送風機）５０を設け、制御装置６１は、この再循環ブロワ５０を駆動制御することで、再循環される排燃料ガスの流量を調整する。

【0048】

この場合、ＳＯＦＣ１３にて、空気極の圧力を検出する第１検出器６２と、燃料極の圧力を検出する第２検出器６３とを設け、各検出器６２，６３は、検出結果を制御装置６１に出力する。制御装置６１は、第１検出器６２により検出された空気極の圧力（第１圧力）と、第２検出器６３により検出された燃料極の圧力（第２圧力）が同圧、もしくは規定の差圧となるように、各ブロワ３３，４８を駆動制御する。

【0049】

実施例１の発電システムの運転方法は、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ１をガスタービン１１の燃焼器２２に供給する工程と、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給する工程と、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程と、燃料ガスＬ２をＳＯＦＣ１３の燃料極に供給する工程と、空気極から排出される排空気Ｌ３を燃焼器２２に供給する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスを燃焼器２２に供給する工程と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように空気極に供給される圧縮空気の圧力と燃焼器２２に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程とを有している。

【0050】

具体的に説明すると、ガスタービン１１の圧縮機２１は、空気Ａを圧縮し、例えば、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ１，Ａ２を生成する。ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力損失が、例えば、０．１Ｍｐａとすると、ブロワ３３は、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ２を０．１Ｍｐａだけ昇圧して１．６Ｍｐａとし、第２圧縮空気供給ライン３１から空気極に供給する。すると、１．６Ｍｐａの圧縮空気Ａ２は、空気極で発電に使用されることで０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排空気Ａ３として排出される。この１．５Ｍｐａの排空気Ａ３は、排空気供給ライン３６から燃焼器２２に供給される。このとき、圧縮機２１が生成した圧縮空気Ａ１は、１．５Ｍｐａであることから、圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が供給されることとなり、安定して運転される。

【0051】

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極は、例えば、１．６Ｍｐａの燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１から供給され、０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３として排出される。一方、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃料噴射ノズルの圧力損失が、例えば、０．４Ｍｐａとすると、ブロワ４８は、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３を０．４Ｍｐａだけ昇圧して１．９Ｍｐａとし、排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給する。すると、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、燃焼器２２で噴射されることで０．４Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３となる。この１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、第１圧縮空気供給ライン２６からの圧縮空気Ａ１及び排空気供給ライン３６からの排空気Ａ３と同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３と排燃料ガスＬ３が供給されることとなり、安定して運転される。

【0052】

そのため、ＳＯＦＣ１３は、空気極に１．６Ｍｐａの圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に１．６Ｍｐａの燃料ガスＬ２が供給されることから、空気極と燃料極の圧力がほぼ同圧に維持される。

【0053】

また、ＳＯＦＣ１３では、燃料極から排出された排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により燃料極に戻されており、排燃料ガスＬ３の循環量（圧力）は、再循環ブロワ５０により制御される。燃焼器に供給する排燃料ガスＬ３の量に対して、圧縮機２１から空気極に供給される圧縮空気Ａ２の量は極めて多い。そのため、この大量の圧縮空気Ａ２をブロワ３３で高い圧力まで昇圧することは多くの動力を要するので、ブロワ３３は、空気極の圧力損失分だけを昇圧する。一方、圧縮空気Ａ２に対して少量の燃料ガス（排燃料ガス）は、ブロワ４８により圧縮空気Ａ２よりも少ない動力で昇圧可能であることから、ここで、燃焼器２２の圧力損失分を昇圧することで、より少ない動力でＳＯＦＣ１３における空気極と燃料極の圧力をほぼ同圧に維持することができる。また、ＳＯＦＣ１３の運転に応じて排燃料ガスＬ３の圧力変動があったとき、ブロワ４８の吐出ガス量をブロワ４８もしくは制御弁４７で制御する。また、過渡的な変動の場合はブロワ４８で調整せずに、再循環ブロワ５０または燃料ガス再循環ライン４９に設置した制御弁４０により調整することもできる。制御装置６１は、ブロワ３３を燃料電池での発電に必要な空気流量（酸化性ガス流量）を供給する制御を行い、ブロワ４８の吐出ガス量をブロワ４８もしくは制御弁４７による調整を行うことで、さらに、過渡的な変動に対しては再循環ブロワ５０による排燃料ガスＬ３の循環量もしくは燃料ガス再循環ライン４９の制御弁４０による調整を併用することで、ＳＯＦＣ１３における空気極に対して燃料極の圧力がほぼ同圧となるように制御する。

【0054】

この場合、制御装置６１は、第１検出器６２が検出したＳＯＦＣ１３の空気極の圧力と、第２検出器６３が検出したＳＯＦＣ１３の燃料極の圧力が入力しており、この空気極の圧力と燃料極の圧力がほぼ同圧となるように、各ブロワ３３，４８，５０を駆動制御する。

【0055】

なお、制御装置６１は、制御弁３２，４７の開度も制御可能となっている。

【0056】

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で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極に供給する第２圧縮空気供給ライン３１と、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられるブロワ３３と、空気極から排出される排空気Ａ３を燃焼器２２に供給する排空気供給ライン３６と、燃料極から排出される排燃料ガスＬ３を燃焼器２２に供給する排燃料ガス供給ライン４５と、排燃料ガス供給ライン４５に設けられるブロワ４８と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，４８を駆動制御する制御装置６１とを設けている。

【0057】

従って、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。

【0058】

実施例１の発電システムでは、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を所定圧力まで昇圧して空気極に供給する一方、ブロワ４８を駆動制御することで燃料極からの排燃料ガスＬ３を昇圧して燃焼器２２に供給している。従って、圧縮空気Ａ２を昇圧して空気極に供給することで、空気極で圧力損失が発生してもＳＯＦＣ１３を適正に運転することができ、また、排燃料ガスＬ３を昇圧して燃焼器２２に供給することで、燃焼器２２で圧力損失が発生してもガスタービン１１を適正に運転することができる。

【0059】

実施例１の発電システムでは、制御装置６１は、ブロワ３３を駆動制御することで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を空気極での圧力損失分だけ昇圧している。従って、空気極から圧力損失を受けて排出された排空気Ｌ３の圧力は、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ２の圧力と同等となり、排空気Ｌ３を適正に燃焼器２２に戻すことができ、燃焼器２２を安定して運転することができる。

【0060】

実施例１の発電システムでは、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を設けると共に、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６１は、再循環ブロワ５０を駆動制御することで、燃料極の圧力を調整している。従って、ブロワ４８を定格運転で運転する一方で、再循環ブロワ５０を駆動制御することで、燃料極に循環する排燃料ガスＬ３の圧力を調整するため、燃料極の圧力と燃焼器２２に供給する排燃料ガスＬ３の圧力を容易に適正圧力に調整することができる。

【0061】

実施例１の発電システムでは、空気極の圧力を検出する第１検出器６２と、燃料極の圧力を検出する第２検出器６３とを設け、制御装置６１は、第１検出器６２により検出された空気極の圧力と第２検出器６３により検出された燃料極の圧力が同圧もしくは規定の差圧となるように各ブロワ３３，４８を駆動制御している。従って、空気極の圧力と燃料極の圧力を用いてフィードバック制御することで、この空気極の圧力と燃料極の圧力を高精度に調整することができる。

【0062】

また、実施例１の発電システムの運転方法にあっては、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ１をガスタービン１１の燃焼器２２に供給する工程と、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給する工程と、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３の空気極に供給する工程と、燃料ガスＬ２をＳＯＦＣ１３の燃料極に供給する工程と、空気極から排出される排空気Ｌ３を燃焼器２２に供給する工程と、燃料極から排出される排燃料ガスを燃焼器２２に供給する工程と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように空気極に供給される圧縮空気の圧力と燃焼器２２に供給される排燃料ガスの圧力を調整する工程とを有している。

【0063】

従って、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。

【実施例2】

【0064】

図３は、本発明の実施例２に係る発電システムにおける圧縮空気と燃料ガスの圧力制御を表す概略図である。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。

【0065】

実施例２の発電システムにおいて、図３に示すように、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３３とが空気の流れ方向に沿って設けられている。

【0066】

また、第２圧縮空気供給ライン３１は、ブロワ３３より空気の流れ方向の上流側、つまり、制御弁３２とブロワ３３との間に再生熱交換器７１と冷却器７２が設けられている。即ち、第２圧縮空気供給ライン３１にて、制御弁３２より空気の流れ方向の下流側に再生熱交換器７１が設けられ、再生熱交換器７１がより下流側に冷却器７２が設けられ、冷却器７２より下流側にブロワ３３が設けられている。冷却器７２は、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２と、冷却ライン７３を流れる冷却水との間で熱交換を行うことで、圧縮空気Ａ２を冷却する。再生熱交換器７１は、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２と、冷却器７２で冷却されてブロワ３３で昇圧された圧縮空気Ａ２との間で熱交換を行うことで、空気極に供給される圧縮空気Ａ２を加熱する。なお、再生熱交換器及びブロワ（昇圧機）３３に対する制御弁３２の配置は図３の配置に限定されることはなく、ブロワ（昇圧機）、制御弁又は再生熱交換器の形式によっては順序を逆にして配置しても良い。

【0067】

即ち、圧縮機２１は、圧縮した圧縮空気Ａのうち一部の圧縮空気Ａ２を第２圧縮空気供給ライン３１に送り出す。この圧縮空気Ａ２は、まず、冷却器７２で冷却されてからブロワ３３に送られ、このブロワ３３により昇圧される。冷却後に昇圧された圧縮空気Ａ２は、再生熱交換器７１で冷却器７２により冷却される前の圧縮空気Ａ２により加熱される。そして、加熱後の圧縮空気Ａ２は、第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３の空気極に供給される。

【0068】

このように実施例２の発電システムにあっては、第２圧縮空気供給ライン３１におけるブロワ３３より空気の流れ方向の上流側に冷却器７２を設けている。従って、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ２は、冷却器７２により冷却してからブロワ３３により昇圧することで、このブロア３３の駆動力を低減することができる。

【0069】

また、圧縮空気Ａ２は、冷却器７２により冷却してブロワ３３により昇圧された後、再生熱交換器７１により加熱されてから空気極に供給される。従って、ＳＯＦＣ１３の昇温遅れを抑制することができる。

【実施例3】

【0070】

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。

【0071】

実施例３の発電システムにおいて、図４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。

【0072】

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、制御弁３２とブロワ３３が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた排空気Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結され、排出ライン３５と排空気供給ライン３６に分岐され、それぞれ制御弁３７、遮断弁３８、制御弁３９が設けられている。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良い。また、遮断弁３８と制御弁３９も逆にして配置しても良い。

【0073】

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、制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結され、排出ライン４４と排燃料ガス供給ライン４５に分岐され、それぞれ制御弁４６，４７が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、排燃料ガスを循環する燃料ガス再循環ライン４９が設けられ、再循環ブロワ５０が設けられている。

【0074】

実施例３の発電システム１０にて、制御装置は、ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，５０を駆動制御すると共に、制御弁３９，４７を開閉制御する。即ち、制御装置は、ブロワ３３を駆動制御することで圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を所定圧力まで昇圧して空気極に供給する一方、ブロワ５０を駆動制御すると共に制御弁３９を開閉制御することで、空気極からの排酸化性ガスを減圧し、制御弁４７を開閉制御することで燃料極からの排燃料ガスを減圧して燃焼器２２に供給する。

【0075】

具体的に、制御装置は、ブロワ３３を駆動制御することで、圧縮機２１からの圧縮空気Ａ２を空気極での圧力損失分以上昇圧する。また、制御装置は、ブロワ５０を駆動制御することで、燃料極からの排燃料ガスＬ３を燃料極での圧力損失分以上昇圧する。また、制御装置は、制御弁３９を開閉制御することで、空気極からの排酸化性ガスＡ３を燃焼器（空気側）２２での圧力損失分を考慮して減圧し、制御弁４７を開閉制御することで、燃料極からの排燃料ガスＬ３を燃焼器（燃料噴射ノズル）２２での圧力損失分を考慮して減圧する。

【0076】

具体的に説明すると、ガスタービン１１の圧縮機２１は、空気Ａを圧縮し、例えば、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ１，Ａ２を生成する。ＳＯＦＣ１３における空気極の圧力損失が、例えば、０．１Ｍｐａとすると、ブロワ３３は、１．５Ｍｐａの圧縮空気Ａ２を０．５Ｍｐａ以上昇圧して２．０Ｍｐａとし、第２圧縮空気供給ライン３１から空気極に供給する。すると、２．０Ｍｐａの圧縮空気Ａ２は、空気極で発電に使用されることで０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．９Ｍｐａの排空気Ａ３として排出される。この１．９Ｍｐａの排空気Ａ３は、制御弁３９により調圧されて１．５Ｍｐａの排空気Ａ３として排空気供給ライン３６から燃焼器２２に供給される。このとき、圧縮機２１が生成した圧縮空気Ａ１は、１．５Ｍｐａであることから、圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３が供給されることとなり、安定して運転される。

【0077】

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極は、例えば、２．０Ｍｐａの燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１から供給され、０．１Ｍｐａの圧力損失を受け、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３として排出される。一方、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃料噴射ノズルの圧力損失が、例えば、０．４Ｍｐａとすると、制御弁４７は、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３をそのまま、排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給する。すると、１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、燃焼器２２で噴射されることで０．４Ｍｐａの圧力損失を受け、１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３となる。この１．５Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、第１圧縮空気供給ライン２６からの圧縮空気Ａ１及び排空気供給ライン３６からの排空気Ａ３と同圧となる。燃焼器２２は、同圧の圧縮空気Ａ１と排空気Ａ３と排燃料ガスＬ３が供給されることとなり、安定して運転される。

【0078】

また、ＳＯＦＣ１３の燃料極から排出された１．９Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、再循環ブロワ５０により２．０Ｍｐａまで昇圧されてＳＯＦＣ１３の燃料極に戻される。すると、２．０Ｍｐａの排燃料ガスＬ３は、第２燃料ガス供給ライン４１から燃料極に供給される２．０Ｍｐａの燃料ガスＬ２と同圧となり、ＳＯＦＣ１３は、同圧の燃料ガスＬ２と排燃料ガスＬ３が供給されることとなり、安定して運転される。

【0079】

そのため、ＳＯＦＣ１３は、空気極に２．０Ｍｐａの圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に２．０Ｍｐａの燃料ガスＬ２及び排燃料ガスＬ３が供給されることから、空気極と燃料極の圧力がほぼ同圧に維持される。

【0080】

このように実施例３の発電システムにあっては、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられるブロワ３３と、排空気供給ライン３６に設けられる制御弁３８と、排燃料ガス供給ライン４５に設けられる制御弁４７と、燃料ガス再循環ライン４９に設けられる再循環ブロワ５０と、空気極の圧力と燃料極の圧力が均一化されるように各ブロワ３３，５０及び制御弁３９，４７を駆動制御する制御装置とを設けている。

【0081】

従って、ガスタービンの燃焼器入口での燃料ガス圧力と酸化性ガス圧力が相違することを考慮して、燃料電池を経由し、排燃料ガス供給ラインと排酸化性ガス供給ラインを介して供給される燃料ガスの圧力と酸化性ガスの圧力を適正に調整することで、ガスタービンと燃料電池とを効率的に連携運転することが可能となり、発電効率を向上することができる。

【0082】

なお、上述した実施例にて、ＳＯＦＣ１３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、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。また、ブロワ（酸化性ガス昇圧機）３３の昇圧幅が増加する場合は、実施例２と同様に再生熱交換器、冷却器を設置することで、ブロワ３３の動力を低減しても良い。

【符号の説明】

【0083】

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（酸化性ガス昇圧機）
３４ 排空気ライン
３６ 排空気供給ライン（排酸化性ガス供給ライン）
３８ 遮断弁
３９ 制御弁
４０ 制御弁
４１ 第２燃料ガス供給ライン
４２ 制御弁
４３ 排燃料ライン
４５ 排燃料ガス供給ライン
４７ 制御弁
４８ ブロワ（排燃料ガス昇圧機）
４９ 燃料ガス再循環ライン
５０ 再循環ブロワ（再循環送風機）
６１ 制御装置（制御部）
６２ 第１検出器
６３ 第２検出器
７１ 再生熱交換器
７２ 冷却器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】