(57)【要約】【課題】システム全体を簡素化しつつ、発電効率を向上することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池（１０）と、原燃料を改質するための改質水を貯留する改質水タンク（２０）と、改質水を蒸発させる改質水蒸発器と、を備え、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを再循環させると共に、当該アノードオフガス中の水分を改質水として改質水タンクに回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、
原燃料を改質するための改質水を貯留する改質水タンクと、
前記改質水を蒸発させる改質水蒸発器と、を備え、
前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを再循環させると共に、当該アノードオフガス中の水分を前記改質水として前記改質水タンクに回収することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノードオフガスを再循環させる再循環流路は、前記改質水タンクを通過する第１流路と、前記改質水タンクを通過しない第２流路とを有し、前記第１流路及び第２流路の少なくとも一方に前記アノードオフガスの流量を調節する調節機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記調節機構は、前記改質水タンクの出口部近傍に設置された温度センサの検出結果に応じて前記アノードオフガスの再循環量を調節することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記調節機構は、前記第１流路及び第２流路の少なくとも一方に配置された流量計の計測結果に応じて前記アノードオフガスの再循環量を調節することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質水タンクは、前記改質水蒸発器の機能を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記改質水タンク内に、前記原燃料と前記改質水タンク内の前記アノードオフガスとの熱交換を行う熱交換器を収容することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記改質水蒸発器は、前記アノードオフガスを再循環させる再循環流路上の前記改質水タンクと異なる位置にて、当該再循環流路に近接するように設置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記改質水タンクにおける前記改質水の貯留領域に前記アノードオフガスを導入することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記改質水タンクにおける前記改質水の非貯留領域に前記アノードオフガスを導入することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記改質水タンクへの前記アノードオフガスの導入量を調節する調節機構を備えることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記改質水タンクにおける前記改質水の非貯留領域に、空気と前記改質水タンク内の前記アノードオフガスとの熱交換を行う熱交換器を収容することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記改質水タンクにおける前記改質水の非貯留領域に、排熱回収水と前記改質水タンク内の前記アノードオフガスとの熱交換を行う熱交換器を収容することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、
原燃料を改質するための改質水を貯留する改質水タンクと、
前記改質水を蒸発させる改質水蒸発器と、を備え、
前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを再循環させるステップと、
前記アノードオフガス中の水分を前記改質水として前記改質水タンクに回収するステップと、を有することを特徴とする燃料電池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、燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）の開発が進められている。ＳＯＦＣは、空気極で生成された酸化物イオンが電解質を透過して燃料極に移動し、燃料極で酸化物イオンが水素又は一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーを発生する発電メカニズムである。ＳＯＦＣは、現在知られている燃料電池の形態の中では、発電の動作温度が最も高く（例えば９００℃〜１０００℃）、発電効率が最も高いという特性を持つ。
【０００３】
特許文献１には、ＳＯＦＣから排出された排燃料と排空気とを燃焼器で燃焼させ、その燃焼排ガスを利用してエゼクタにより排燃料の一部を再循環させることで、排燃料中の未反応の水素を再利用して発電効率を向上させた固体電解質型燃料電池システムが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、冷却板を備える燃料電池と、冷却板から排出される冷却水を水蒸気と水とに分離する水蒸気分離機と、水蒸気分離機で発生した水蒸気の一部を用いて原燃料を水蒸気改質する改質器とを備え、燃料電池の燃料極から電池反応に寄与しない水素を含むオフガス（アノードオフガス）を改質器のバーナ用の燃料として供給する燃料電池発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７１０３号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の固体電解質型燃料電池システムにおいては、燃焼排ガスを利用して排燃料を再循環させるため、燃焼排ガス中の未反応の酸素がＳＯＦＣの燃料極に導入され、触媒が酸化により劣化する事態が発生し得る。さらに、燃焼排ガス中の二酸化炭素もＳＯＦＣの燃料極に導入されるため、水素分圧が低下し、発電効率が低下する事態が発生し得る。
【０００７】
また、特許文献２の記載の燃料電池発電装置においては、燃料極からのアノードオフガスを改質器のバーナ用燃料として供給することでアノードオフガスの再利用の観点で優れるものの、燃料電池における発電効率の向上には直接的に寄与しない。ＳＯＦＣにおいては、省エネルギー化を高める観点から、アノードオフガスを再利用して発電効率を向上することが要請されている。
【０００８】
ところで、ＳＯＦＣを適用した燃料電池システムにおいて、原燃料を水蒸気改質する場合には、外部から改質水の供給を受ける必要がある。この場合には、改質水を燃料電池システムに供給するための水道や純水器等の構成が必要となり、システム全体が複雑化するという問題が発生する。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、システム全体を簡素化しつつ、発電効率を向上することができる燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態の燃料電池システムは、その一態様では、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、原燃料を改質するための改質水を貯留する改質水タンクと、前記改質水を蒸発させる改質水蒸発器と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを再循環させると共に、当該アノードオフガス中の水分を前記改質水として前記改質水タンクに回収することを特徴としている。
【００１１】
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、その一態様では、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する固体酸化物形燃料電池と、原燃料を改質するための改質水を貯留する改質水タンクと、前記改質水を蒸発させる改質水蒸発器と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを再循環させるステップと、前記アノードオフガス中の水分を前記改質水として前記改質水タンクに回収するステップと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、システム全体を簡素化しつつ、発電効率を向上することができる燃料電池システム及びその運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る燃料電池システムの起動時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】第２の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態の変形例に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図６】第３の実施の形態の変形例に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図７】第４の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図８】第５の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図９】第６の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図１０】第７の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図１１】第８の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【図１２】第９の実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）１０を有している。ＳＯＦＣ１０は、複数のセルを積層または集合体として構成したセルスタックを有している。各セルは、空気極と燃料極で電解質を挟んだ基本構成を有している。セルスタックの各セルは、電気的に直列に接続されている。ＳＯＦＣ１０は、空気極で生成された酸化物イオンが電解質を透過して燃料極に移動し、燃料極で酸化物イオンが水素又は一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーを発生する発電メカニズムである。
【００１５】
ＳＯＦＣ１０は、酸化剤ガス流路（カソードガス流路）１２と、燃料ガス流路（アノードガス流路）１４とを有している。酸化剤ガス流路１２の入口部１２Ａには、反応空気ブロア（図示略）が取り込んだ酸化剤ガス（空気）が供給され、酸化剤ガス流路１２の出口部１２Ｂからは、カソード側排出ガス（以下、適宜「カソードオフガス」と呼ぶ）が排出される。燃料ガス流路１４の入口部１４Ａには、燃料ガス供給器（図示略）からの燃料ガス（原燃料）等が供給され、燃料ガス流路１４の出口部１４Ｂからは、アノード側排出ガス（以下、適宜「アノードオフガス」と呼ぶ）が排出される。
【００１６】
ＳＯＦＣ１０は、燃料ガス流路１４の入口部１４Ａに供給される原燃料と後述する改質用蒸気（改質水蒸気）とを用いて、内部で原燃料を水蒸気改質する機能を有している。例えば、都市ガス等の炭化水素系原燃料が水蒸気改質され、燃料ガス流路１４を流れる。酸化剤ガス流路１２に供給された酸化剤ガスと燃料ガス流路１４に供給された燃料ガスとが電気化学反応を起こすことにより、直流電流が発生する（発電する）。なお、ＳＯＦＣ１０には、当該ＳＯＦＣ１０の温度を検出する温度検出部（図示略）が設けられている。
【００１７】
燃料電池システム１００は、改質水タンク（以下、単に「タンク」という）２０を有している。このタンク２０は、燃料ガス供給器（図示略）と燃料ガス流路１４の入口部１４Ａとを繋ぐ燃料ガス供給ライン２１上に設置される。タンク２０は、ＳＯＦＣ１０の起動時に必要となる改質水量を貯留可能に構成される。なお、タンク２０は、改質水を蒸発させ、炭化水素系原燃料を水蒸気改質するための水蒸気（改質用蒸気）を発生させる改質水蒸発器（以下、単に「蒸発器」という）としての機能を有する。例えば、タンク２０には、蒸発器として機能するために、改質水を蒸発させるための加熱器（ヒータなど）を備える。また、タンク２０には、水位計（レベル計又は液面計）が設けられ、タンク２０内の改質水量を計測可能に構成されている。
【００１８】
また、燃料電池システム１００は、再循環昇圧器（以下、単に「昇圧器」という）３０を有している。この昇圧器３０は、燃料ガス流路１４の出口部１４Ｂに接続されたアノードオフガス排気ライン３１から分岐する改質水回収ライン（以下、単に「回収ライン」という）３２上に設置される。回収ライン３２は、タンク２０の入口部２０Ａに接続される。回収ライン３２は、アノードオフガスを再循環させる再循環流路の一部であり、タンク２０を通過する第１流路を構成する。昇圧器３０は、回収ライン３２内の圧力を昇圧し、燃料ガス流路１４の出口部１４Ｂから排出されるアノードオフガスの一部をタンク２０内に送り込む。ＳＯＦＣ１０の稼働中においては、タンク２０内に約３５０℃程度の高温のアノードオフガスが流入する。
【００１９】
昇圧器３０の後段には、回収ライン３２から分岐し、燃料ガス供給ライン２１に接続されるアノードオフガス再循環ライン（以下、単に「再循環ライン」という）３３が設けられている。再循環ライン３３は、燃料ガス供給ライン２１におけるタンク２０の後段に接続される。再循環ライン３３は、アノードオフガスを再循環させる再循環流路の一部であり、タンク２０を通過しない第２流路を構成する。
【００２０】
再循環ライン３３上には、調節機構の一例である調節弁４０が設置されている。この調節弁４０は、タンク２０の出口部２０Ｂの近傍に設置された温度センサ４１の検出温度に応じて再循環ライン３３上を流れるアノードオフガスの流量を調節する。再循環ライン３３上のアノードオフガスの流量を調節することにより、回収ライン３２を流れるアノードオフガスの流量が調節される。言い換えると、調節弁４０は、回収ライン３２及び再循環ライン３３にそれぞれ流れるアノードオフガスの分配量を調節する役割を果たす。
【００２１】
なお、調節弁４０は、再循環ライン３３に代えて回収ライン３２の一部に設置する構成としてもよい。この場合には、回収ライン３２上のアノードオフガスの流量を調節することにより、再循環ライン３３を流れるアノードオフガスの流量が調節される。また、調節弁４０は、再循環ライン３３等を構成する配管に形成したオリフィスで置換されてもよい。また、ボールバルブ、グローブバルブ、ニードルバルブ、バタフライバルブなどを用いてよい。以下に示す各種の調節弁について同様である。
【００２２】
タンク２０内には、燃料ガス供給ライン２１に流れる原燃料と、回収ライン３２からタンク２０に導入されたアノードオフガスとを熱交換させる熱交換器２２が収容されている。熱交換器２２は、常温の原燃料と高温のアノードオフガスとを熱交換することにより、アノードオフガス中の水分を凝縮させ、改質水として回収する。回収された改質水は、タンク２０内に貯留される。
【００２３】
タンク２０の出口部２０Ｂには、改質用蒸気供給ライン（以下、単に「蒸気供給ライン」という）２３が接続されている。蒸気供給ライン２３は、燃料ガス供給ライン２１に接続されている。蒸気供給ライン２３を介して供給された改質用蒸気は、原燃料と共に燃料ガス供給ライン２１を介して燃料ガス流路１４に供給される。なお、上述した温度センサ４１は、蒸気供給ライン２３を流れる改質用蒸気の温度を検出する。
【００２４】
タンク２０の所定位置には、排水口２０Ｃが形成されている。排水口２０Ｃは、タンク２０の底部から一定高さの位置に形成されている。タンク２０内に規定量以上の改質水が貯留されると、排水口２０Ｃから余剰な改質水が排水されるように構成されている。このため、タンク２０には、規定量以上の改質水が貯留されることはない。
【００２５】
燃料電池システム１００では、ＳＯＦＣ１０の稼働中（発電中）において、高温のアノードオフガスが回収ライン３２を介してタンク２０内に送り込まれる。燃料ガス供給器から常温の原燃料がタンク２０内の熱交換器２２に供給されると、アノードオフガス中の水分が凝縮され、改質水としてタンク２０内に回収される。タンク２０内の改質水は、タンク２０の内部温度により気化（水蒸気化）され、出口部２０Ｂから改質用蒸気として燃料ガス供給ライン２１に送り出される。
【００２６】
ここで、このような構成を有する燃料電池システム１００における起動時の動作（運転方法）について、図２を参照して説明する。図２は、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００の起動時の動作を説明するためのフローチャートである。図２に示す各動作は、図示しない燃料電池システム１００が有する図示しない制御部及び燃料電池システム１００の構成要素により実行される。
【００２７】
なお、上述したように、ＳＯＦＣ１０の稼働中には、アノードオフガス中の水分が回収され、タンク２０内に貯留される。起動時においては、ＳＯＦＣ１０が稼働していないため、タンク２０内に稼働に伴う水分は回収されていない。このため、起動時においては、原燃料の改質に必要な量だけ改質水（純水）がタンク２０に注入される。例えば、改質水は、作業者により所定容量の改質水タンクが持ち込まれ、タンク２０内に注入される。ここでは、タンク２０内に所定量の改質水が収容されているものとする。
【００２８】
ステップＳＴ１では、制御部が、反応空気ブロア（図示略）から酸化剤ガス（空気）の供給を開始する。また、制御部が、ＳＯＦＣ１０の昇温を開始する。例えば、ＳＯＦＣ１０は、図示しない加熱バーナにより昇温される。ステップＳＴ２では、制御部が、調節弁４０を全開状態にする。ステップＳＴ３では、制御部が、昇圧器３０による再循環を開始する。これにより、燃料ガス流路１４内の流体が、回収ライン３２及び再循環ライン３３に送り出される。
【００２９】
ステップＳＴ４では、制御部が、ＳＯＦＣ１０の温度が原燃料を改質可能な温度に到達したかを判定する。例えば、ＳＯＦＣ１０の温度が４５０℃以上になっているかが判定される。改質可能な温度に到達するまでは、ステップＳＴ４の判定が繰り返される（ステップＳＴ４：ＮＯ）。一方、ＳＯＦＣ１０の温度が改質可能な温度に到達すると、ステップＳＴ５に移行する（ステップＳＴ４：ＹＥＳ）。
【００３０】
ステップＳＴ５では、タンク２０から改質用蒸気の供給が開始される。ＳＯＦＣ１０の昇温に伴い、高温の流体が回収ライン３２を介してタンク２０内に送り込まれると、タンク２０内の改質水が気化する。タンク２０内で気化した水蒸気は、改質用蒸気として燃料ガス供給ライン２１に送り出され、燃料ガス流路１４に供給される。また、タンク２０に改質水蒸発用のヒーター（図示略）を設置し、蒸気を発生させてもよい。
【００３１】
ステップＳＴ６では、制御部が、燃料ガス供給器（図示略）から原燃料の供給を開始する。原燃料は、燃料ガス供給ライン２１を介してＳＯＦＣ１０に供給される。ＳＯＦＣ１０に供給された原燃料は、ＳＯＦＣ１０内部で改質用蒸気により水蒸気改質され、燃料ガスとして燃料ガス流路１４に供給される。
【００３２】
ステップＳＴ７では、制御部が、ＳＯＦＣ１０の温度が発電可能な温度に到達したかを判定する。例えば、ＳＯＦＣ１０の温度が６５０℃以上になっているかが判定される。発電可能な温度に到達するまでは、ステップＳＴ７の判定が繰り返される（ステップＳＴ７：ＮＯ）。一方、ＳＯＦＣ１０の温度が発電可能な温度に到達すると、ステップＳＴ８に移行する（ステップＳＴ７：ＹＥＳ）。
【００３３】
ステップＳＴ８では、インバーター（図は省略する）を起動し、ＳＯＦＣ１０により発電が開始される。酸化剤ガス流路１２に酸化剤ガス（空気）が供給され、燃料ガス流路１４に燃料ガスが供給された状態でインバーターが電流を流すと、燃料ガス流路１４に燃料ガスが供給されると、ＳＯＦＣ１０内の各セルにおいて、空気極で生成された酸化物イオンが電解質を透過して燃料極に移動し、燃料極で酸化物イオンが水素又は一酸化炭素と反応することにより電気エネルギーが発生する。
【００３４】
ステップＳＴ９では、制御部が、調節弁４０を用いた温度制御を開始する。制御部は、タンク２０内でアノードオフガスの水分が凝縮する温度になるように、調節弁４０により再循環ライン３３上を流れるアノードオフガスの流量を調節する。調節弁４０で再循環ライン３３を流れるアノードオフガスの流量を調節することにより、回収ライン３２を流れるアノードオフガスの流量が調節される結果、タンク２０内の温度が制御される。例えば、制御部は、温度センサ４１による検出対象（蒸気供給ライン２３を流れる改質用蒸気）の温度が４０℃になるように、調節弁４０の開度を調節する。
【００３５】
ステップＳＴ１０では、タンク２０内への改質水の回収が開始される。タンク２０内の熱交換器２２により、常温の原燃料と高温のアノードオフガスとが熱交換されることにより、アノードオフガス中の水分が凝縮され、改質水として回収される。タンク２０内に貯留された改質水は、タンク２０の内部温度で気化され、改質用蒸気として再利用される。例えば、タンク２０内への改質水の回収は、ＳＯＦＣ１０における発電負荷が２０％に到達した後に開始される。
【００３６】
ステップＳＴ１１では、制御部が、タンク２０内に貯留された改質水が規定量に到達したかを判定する。制御部は、タンク２０が備える水位計の計測結果に基づいて、改質水が規定量に到達したかを判定する。改質水が規定量に到達するまでは、ステップＳＴ１１の判定が繰り返される（ステップＳＴ１１：ＮＯ）。一方、改質水が規定量に到達すると、ステップＳＴ１２に移行する（ステップＳＴ１１：ＹＥＳ）。
【００３７】
ステップＳＴ１２では、制御部が、ＳＯＦＣ１０の発電停止を許容する。タンク２０内に規定量の改質水が貯留された場合にＳＯＦＣ１０による発電停止を許容することにより、次回の起動時に必要な改質水をタンク２０に注入する作業を省略することができる。燃料電池システム１００によれば、初回起動時を除き、タンク２０に改質水を注入する作業を行う必要はない。
【００３８】
このように燃料電池システム１００においては、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させている。これにより、燃料利用率を改善でき、発電効率を向上することができる。また、燃焼排ガスではなく、アノードオフガスを再循環させている。アノードオフガスは、カソードオフガスと混ざっていないため、酸素濃度が燃焼排ガスに比べて極めて低い。このため、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。
【００３９】
燃料電池システム１００においては、原燃料を改質するための改質水を貯留するタンク２０を備え、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２０に回収している。これにより、ＳＯＦＣ１０の稼働後は、外部から原燃料を水蒸気改質するための改質水の供給を受ける必要がない。このため、改質水をタンク２０に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００４０】
燃料電池システム１００において、アノードオフガスを再循環させる再循環流路は、タンク２０を通過する回収ライン３２と、タンク２０を通過しない再循環ライン３３とを有し、再循環ライン３３にアノードオフガスの流量を調節する調節弁４０を設けている。再循環ライン３３を流れるアノードオフガスの流量を調節することにより、タンク２０に対するアノードオフガスの流入量を調節できる。これにより、タンク２０の内部温度を、改質水が凝縮する温度に調節でき、アノードオフガス中の水分を改質水として効果的に回収することができる。
【００４１】
燃料電池システム１００において、調節弁４０は、タンク２０の出口部２０Ｂの近傍（より具体的には、蒸気供給ライン２３）に設置された温度センサ４１の検出結果に応じてアノードオフガスの再循環量を調節する。これにより、タンク２０から送り出される改質用蒸気の温度に基づいて、タンク２０に対するアノードオフガスの流入量を調節できる。この結果、タンク２０の内部温度を、改質水が凝縮する温度に確実に調節することができる。また、タンク２０の内部温度を調節できるので、再循環するガス中の水蒸気濃度を適切に調整する（低下させる）ことができる。
【００４２】
燃料電池システム１００において、タンク２０は、改質水を蒸発させ、改質用蒸気を発生させる蒸発器としての機能を備えている。このため、タンク２０と蒸発器とを別々に備える場合と比べて、燃料電池システム１００を構成する部品点数を削減でき、燃料電池システム１００の全体の構成を簡素化することができる。
【００４３】
燃料電池システム１００においては、タンク２０内に、原燃料とタンク２０内に流入したアノードオフガスとの熱交換を行う熱交換器２２が収容されている。これにより、タンク２０内において、常温の原燃料と高温のアノードオフガスとの熱交換が行われるため、アノードオフガス中の水分を効率的に凝縮させ、改質水を回収することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０１は、タンク２０の構成及び接続態様において、第１の実施の形態と相違する。図３は、第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０１を模式的に示すブロック図である。図３において、図１と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００４５】
図３に示すように、燃料電池システム１０１では、燃料ガス供給ライン２１の一部にタンク２０が組み込まれている。燃料ガス供給ライン２１は、タンク２０の上流側に配置された燃料ガス供給ライン２１Ａと、タンク２０の下流側に配置された燃料ガス供給ライン２１Ｂとを含んでいる。上流側の燃料ガス供給ライン２１Ａは、燃料ガス供給器（図示略）とタンク２０の入口部２０Ａとの間で接続されている。下流側の燃料ガス供給ライン２１Ｂは、タンク２０の出口部２０Ｂと燃料ガス流路１４の入口部１４Ａとの間で接続されている。
【００４６】
また、回収ライン３２は、上流側の燃料ガス供給ライン２１Ａ（すなわち、タンク２０よりも上流側の燃料ガス供給ライン２１）に接続されている。回収ライン３２を流れるアノードオフガスは、燃料ガス供給ライン２１Ａに導入され、原燃料と共にタンク２０に導入される。アノードオフガスの水分は、タンク２０内で原燃料により凝縮され、改質水として回収される。タンク２０内に貯留された改質水は、タンク２０の内部温度及びタンク２０に内蔵されるヒータ等により気化（水蒸気化）され、改質用蒸気となる。タンク２０の出口部２０Ｂからは、原燃料と改質用蒸気とが燃料ガス流路１４の入口部１４Ａに供給される。
【００４７】
温度センサ４１は、燃料ガス供給ライン２１Ｂのうち、タンク２０の出口部２０Ｂの近傍に設置される。温度センサ４１は、タンク２０の出口部２０Ｂを流れる流体の温度を検出する。したがって、調節弁４０は、タンク２０の出口部２０Ｂを流れる流体の温度に応じてその開閉状態が調節される。なお、調節弁４０は、再循環ライン３３に代えて回収ライン３２の一部に設置してもよい。
【００４８】
燃料電池システム１０１が有する各種流路（燃料ガス供給ライン２１、回収ライン３２、再循環ライン３３）を流れる流体は、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００と同様である。また、燃料電池システム１０２における起動時の動作は、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００と同様である。
【００４９】
燃料電池システム１０１においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２０に回収することから、改質水をタンク２０に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００５０】
特に、燃料電池システム１０１では、タンク２０内に熱交換器２２を収容しないため（図１参照）、システムの構築に要する費用を第１の実施の形態と比べて安くすることができる。
【００５１】
なお、温度センサ４１の設置位置は、タンク２０の出口部２０Ｂの近傍に限定されない。例えば、図４に示すように、タンク２０の入口部２０Ａの近傍に設置してもよい。この場合、温度センサ４１は、タンク２０の入口部２０Ａを流れる流体の温度を検出する。より具体的には、燃料ガス供給ライン２１Ａ内における原燃料とアノードオフガスとが混合した流体の温度を検出する。したがって、調節弁４０は、タンク２０の入口部２０Ａを流れる流体の温度に応じて再循環ライン３３を流れるアノードオフガスの流量（再循環量）を調節することができる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る燃料電池システム１０２は、調節弁４０の調節に流量計を用いる点において、第２の実施の形態と相違する。図５は、第３の実施の形態に係る燃料電池システム１０２を模式的に示すブロック図である。図５において、図３と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００５３】
図５に示すように、燃料電池システム１０２では、調節弁４０が回収ライン３２に設置されている。調節弁４０の下流側には、流量計５０が設置されている。流量計５０は、回収ライン３２を流れる流体（アノードオフガス）の流量を計測する。調節弁４０は、流量計５０の計測結果に応じて回収ライン３２上を流れるアノードオフガスの流量を調節する。回収ライン３２上のアノードオフガスの流量を調節することにより、再循環ライン３３を流れるアノードオフガスの流量が調節される。
【００５４】
燃料電池システム１０２が有する各種流路（燃料ガス供給ライン２１、回収ライン３２、再循環ライン３３）を流れる流体は、第２の実施の形態に係る燃料電池システム１０１と同様である。また、燃料電池システム１０２における起動時の動作は、調節弁４０に関連する図２のステップＳＴ２の動作が「調節弁全開」の代わりに「調節弁の開度調整」に置換される点を除き、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００と同様である。ここで、「調節弁の開度調整」とは、全開ではなく、燃料電池システム１０２が有する各種流路を流れる流体やＳＯＦＣ１０の温度に応じて調節弁４０の開度を調整することである。
【００５５】
燃料電池システム１０２においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２０に回収することから、改質水をタンク２０に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００５６】
特に、燃料電池システム１０２では、流量計５０の計測結果に基づいてアノードオフガスの流量（再循環量）が調節されるため、アノードオフガスの流量に応じてタンク２０の内部温度を、改質水が凝縮する温度に確実に調節することができる。また、タンク２０の内部温度を調節できるので、再循環するガス中の水蒸気濃度を適切に調整する（低下させる）ことができる。
【００５７】
なお、調節弁４０及び流量計５０の設置位置は、回収ライン３２上に限定されない。例えば、図６に示すように、再循環ライン３３上に調節弁４０及び流量計５０を設置してもよい。この場合、流量計５０は、再循環ライン３３を流れる流体（アノードオフガス）の流量を計測する。調節弁４０は、流量計５０の計測結果に応じて再循環ライン３３上を流れるアノードオフガスの流量を調節する。再循環ライン３３上のアノードオフガスの流量を調節することにより、回収ライン３２を流れるアノードオフガスの流量が調節される。
【００５８】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る燃料電池システム１０３は、タンク２０の構成及び各種流路の構成において、第２の実施の形態と相違する。図７は、第４の実施の形態に係る燃料電池システム１０３を模式的に示すブロック図である。図７において、図３と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００５９】
図７に示すように、燃料電池システム１０３においては、タンク２０が、燃料ガス供給ライン２１から離間して設置されると共に、蒸気供給ライン２３を介して燃料ガス供給ライン２１に接続されている。燃料ガス流路１４の出口部１４Ｂからのアノードオフガスは、回収ライン３２を介して燃料ガス供給ライン２１に導入される。燃料ガス供給ライン２１を流れるアノードオフガス中の水分は、拡散により蒸気供給ライン２３を介してタンク２０内に流入し、タンク２０内で凝縮する。これにより、タンク２０には、改質水が回収される。
【００６０】
なお、燃料電池システム１０３では、回収ライン３２から分岐する再循環ライン３３が設けられていない（図３参照）。回収ライン３２がアノードオフガスの再循環ライン３３としての機能を兼ねている。また、燃料電池システム１０３では、回収ライン３２におけるアノードオフガスの流量を調節する調節弁４０も設けられていない（図３参照）。タンク２０に対する改質水の回収の度合いは、例えば、蒸気供給ライン２３を構成する配管の長さや内径に依存する。
【００６１】
燃料電池システム１０３における起動時の動作は、調節弁４０に関連する動作（図２に示すステップＳＴ２及びＳＴ９）が省略される点を除き、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００と同様である。
【００６２】
燃料電池システム１０３においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２０に回収することから、改質水をタンク２０に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００６３】
特に、燃料電池システム１０３では、タンク２０が燃料ガス供給ライン２１上に設置されず、蒸気供給ライン２３を介して燃料ガス供給ライン２１に接続されている。また、燃料電池システム１０３では、再循環ライン３３及び調節弁４０も設けられていない。このため、燃料電池システム１０３内の流路を単純化すると共に、システム全体の構成を簡素化することができる。
【００６４】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る燃料電池システム１０４は、タンク２０、蒸発器の構成及びこれらの接続態様において、第４の実施の形態と相違する。図８は、第５の実施の形態に係る燃料電池システム１０４を模式的に示すブロック図である。図８において、図７と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００６５】
図８に示すように、燃料電池システム１０４は、別々に構成されたタンク２４及び蒸発器２５を備えている。また、燃料電池システム１０４には、回収ライン３２から分岐して改質水供給ライン３４が設けられている。改質水供給ライン３４は、回収ライン３２における昇圧器３０の下流側の一部と、燃料ガス供給ライン２１の一部とを接続している。タンク２４及び蒸発器２５は、この改質水供給ライン３４の所定位置に設置されている。タンク２４は、改質水供給ライン３４の上流側の一部に配置され、蒸発器２５は、改質水供給ライン３４の下流側の一部に配置される。
【００６６】
タンク２４は、ＳＯＦＣ１０の起動時に必要となる改質水量を貯留可能な構成を有する。回収ライン３２を流れるアノードオフガス中の水分は、拡散により改質水供給ライン３４を介して入口部２４Ａからタンク２４内に流入し、タンク２４内で凝縮する。凝縮したアノードオフガス中の水分は、改質水としてタンク２４内に貯留される。
【００６７】
タンク２４の所定位置には、排水口２４Ｃが形成されている。排水口２４Ｃは、規定量以上の改質水がタンク２４に回収された場合に、その余剰分を外部に排水する位置に配置されている。このため、タンク２４には、規定量以上の改質水が貯留されることはない。また、タンク２４には、水位計（レベル計又は液面計）が設けられ、タンク２４内の改質水量を計測可能に構成されている。
【００６８】
蒸発器２５は、燃料ガス供給ライン２１に近接して設けられている。例えば、蒸発器２５は、燃料ガス供給ライン２１を構成する燃料配管を二重管構造とし、その外側の配管部分で構成される。燃料ガス供給ライン２１に近接して設けられることから、蒸発器２５は、燃料ガス供給ライン２１を流れる流体の温度の影響を受け、その内部温度が上下するように構成されている。
【００６９】
改質水供給ライン３４には、改質水ポンプ３５が設置されている。改質水ポンプ３５は、タンク２４の下流側に配置されている。改質水ポンプ３５は、タンク２４の出口部２４Ｂから改質水を導入し、改質水供給ライン３４に改質水を送り出す。改質水ポンプ３５に送り出された改質水は、入口部２５Ａを介して蒸発器２５に送り込まれる。
【００７０】
燃料電池システム１０４においては、第４の実施の形態と異なり、回収ライン３２を流れるアノードオフガス中の水分がタンク２４内に改質水として回収される。そして、回収された改質水が改質水供給ライン３４を介して蒸発器２５に供給される。蒸発器２５では、燃料ガス供給ライン２１を流れる高温のアノードオフガスによって加熱され、その内部温度が上昇する。蒸発器２５では、この内部温度の上昇を利用して、改質水を気化（水蒸気化）させて改質用蒸気を発生させる。蒸発器２５から発生した改質用蒸気は、蒸気供給ライン２３を介して燃料ガス供給ライン２１に供給される。燃料ガス供給ライン２１に供給された改質用蒸気は、原燃料と共にアノードオフガスにより送り出され、燃料ガス流路１４に供給される。
【００７１】
燃料電池システム１０４における起動時の動作は、調節弁４０に関連する動作（図２に示すステップＳＴ２及びＳＴ９）が省略される点を除き、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１００と同様である。
【００７２】
燃料電池システム１０４においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２４に回収することから、改質水をタンク２４に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００７３】
特に、燃料電池システム１０４では、蒸発器２５が、アノードオフガスが再循環する再循環流路である燃料ガス供給ライン２１に近接して設置されている。これにより、蒸発器２５の内部温度を常に高温に維持することができる。この結果、ヒータ等の加熱装置を別途必要とすることなく、タンク２４から供給された改質水を利用して改質用蒸気を発生させることができる。また、ＳＯＦＣ１０や改質水供給ライン３４の不具合等で改質水が供給されない場合であっても、蒸発器２５が高温に維持されるため、作業者が改質水を注入することで即時に改質用蒸気を発生させることができる。
【００７４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態に係る燃料電池システム１０５は、タンク２４の周辺構成において、第５の実施の形態と相違する。図９は、第６の実施の形態に係る燃料電池システム１０５を模式的に示すブロック図である。図９において、図８と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００７５】
図９に示すように、燃料電池システム１０５においては、タンク２４へのアノードオフガスの流入量を調節する調節弁３６を有している。調節弁３６は、回収ライン３２から分岐し、タンク２４を通って回収ライン３２に戻るバイパスライン３７に設置されている。調節弁３６は、このバイパスライン３７におけるタンク２４の下流側に配置されている。調節弁３６は、バイパスライン３７を流れる流体の流量を調節することで、タンク２４に対するアノードオフガスの流入量を調節する。
【００７６】
タンク２４において、入口部２４Ａは、改質水が貯留されない領域（非貯留領域）に対応する位置に配置されている。バイパスライン３７に流入したアノードオフガスは、タンク２４における改質水の非貯留領域に導入される。アノードオフガス中の水分は、タンク２４内で冷却された気体と接触して凝縮される。凝縮した水分は、改質水としてタンク２４内に回収され、貯留される。
【００７７】
燃料電池システム１０５では、タンク２４に対するアノードオフガスの流入量を調節する点を除き、第５の実施の形態に係る燃料電池システム１０４と同様の動作を行う。なお、タンク２４に対するアノードオフガスの流入量の調整は、制御部が、ＳＯＦＣ１０の発電開始後（図２に示すステップＳＴ８の後）の任意のタイミングで実行する。
【００７８】
燃料電池システム１０５においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２４に回収することから、改質水をタンク２４に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００７９】
特に、燃料電池システム１０５では、調節弁３６によりタンク２４に対するアノードオフガスの流入量を調節することできるので、アノードオフガス中の水分を回収し過ぎる事態を防止することができる。これにより、燃料ガス流路１４に供給される燃料ガスにおけるスチーム／カーボン比（Ｓ／Ｃ比）を適正な範囲内に設定することができ、煤の発生（コーキング）を抑制することができる。例えば、Ｓ／Ｃ比は、２．５〜６．０の範囲内、より好ましくは３．０以上に設定されるようにタンク２４に対するアノードオフガスの流入量が調節される。
【００８０】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態に係る燃料電池システム１０６は、タンク２４の構成及びその周辺構成において、第６の実施の形態と相違する。図１０は、第７の実施の形態に係る燃料電池システム１０６を模式的に示すブロック図である。図１０において、図９と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００８１】
図１０に示すように、燃料電池システム１０６においては、タンク２４の入口部２４Ａが、改質水が貯留される領域（貯留領域）に対応する位置に配置されている。バイパスライン３７に流入したアノードオフガスは、タンク２４における改質水の貯留領域に導入される。高温のアノードオフガスは、タンク２４内の改質水に導入されることで冷却される。これにより、アノードオフガス中の水分が凝縮され、タンク２４内に回収される。
【００８２】
なお、燃料電池システム１０６においては、バイパスライン３７上から調節弁３６を省略することができる（図９参照）。タンク２４では、改質水の貯留領域に対応する位置に配置された入口部２４Ａの高さ位置と、排水口２４Ｃの高さ位置とを一定の位置関係に設定することにより、タンク２４に貯留される改質水量が定められ、その改質水量の水位によってタンク２４内の圧力損失が調節される。このようにタンク２４内の圧力損失を調節することにより、調節弁３６を省略することができる。
【００８３】
燃料電池システム１０６では、タンク２４に対するアノードオフガスの流入量を調節動作が存在しない点を除き、第６の実施の形態に係る燃料電池システム１０５と同様の動作を行う。
【００８４】
燃料電池システム１０６においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２４に回収することから、改質水をタンク２４に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００８５】
特に、燃料電池システム１０６では、アノードオフガスをタンク２４における改質水の貯留領域に導入し、改質水との接触を利用して冷却している。これにより、アノードオフガス中の水分を凝縮させ、タンク２４内に回収する。この結果、熱交換器等の構成を必要とすることなく、効率的にタンク２４内に改質水を回収することができる。
【００８６】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態に係る燃料電池システム１０７は、タンク２４の構成及びその周辺構成において、第６の実施の形態と相違する。図１１は、第８の実施の形態に係る燃料電池システム１０７を模式的に示すブロック図である。図１１において、図９と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００８７】
図１１に示すように、燃料電池システム１０７においては、タンク２４を経由して酸化剤ガス流路１２に酸化剤ガス（空気）を供給する反応空気ブロア６０を有している。反応空気ブロア６０は、酸化剤ガス供給ライン６１に設置されている。酸化剤ガス供給ライン６１は、タンク２４内の一部を経由して、反応空気ブロア６０と酸化剤ガス流路１２の入口部１２Ａとを接続している。
【００８８】
タンク２４内には、酸化剤ガス供給ライン６１に流れる酸化剤ガス（空気）と、回収ライン３２からタンク２４に導入されたアノードオフガスとを熱交換させる熱交換器６２が収容されている。熱交換器６２は、常温の酸化剤ガス（空気）と高温のアノードオフガスとを熱交換することにより、アノードオフガス中の水分を凝縮させ、改質水として回収する。回収された改質水は、タンク２４内に貯留される。
【００８９】
また、酸化剤ガス供給ライン６１には、酸化剤ガス流路１２の出口部１２Ｂから排出されたカソードオフガスと、タンク２４内の熱交換器６２で加熱された酸化剤ガス（空気）とを熱交換させる熱交換器６３が設置されている。熱交換器６３は、熱交換器６２で加熱された酸化剤ガス（空気）と高温のカソードオフガスとを熱交換することにより、酸化剤ガス流路１２の入口部１２Ａに供給される酸化剤ガス（空気）を更に加熱する。
【００９０】
燃料電池システム１０７では、酸化剤ガス流路１２に供給する酸化剤ガス（空気）をアノードオフガスとの熱交換により加熱する点を除き、第６の実施の形態に係る燃料電池システム１０５と同様の動作を行う。なお、アノードオフガスとの熱交換による酸化剤ガス（空気）の加熱は、制御部が、ＳＯＦＣ１０に対する酸化剤ガス（空気）の供給開始後（図２に示すステップＳＴ６の後）の任意のタイミングで実行する。
【００９１】
燃料電池システム１０７においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２４に回収することから、改質水をタンク２４に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００９２】
特に、燃料電池システム１０７では、タンク２４内に、酸化剤ガス（空気）とタンク２４内に流入したアノードオフガスとの熱交換を行う熱交換器６２が収容されている。これにより、タンク２４内において、常温の酸化剤ガス（空気）と高温のアノードオフガスとの熱交換が行われるため、アノードオフガス中の水分を効率的に凝縮させ、改質水を回収することができる。
【００９３】
（第９の実施の形態）
第９の実施の形態に係る燃料電池システム１０８は、タンク２４の構成及びその周辺構成において、第８の実施の形態と相違する。図１２は、第９の実施の形態に係る燃料電池システム１０８を模式的に示すブロック図である。図１２において、図９と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００９４】
図１２に示すように、燃料電池システム１０８においては、排熱回収水循環ライン７０及び燃焼器８０を有している。排熱回収水循環ライン７０は、燃料電池システム１０８から排出される熱を回収するための排熱回収水を循環させる流路である。燃焼器８０は、燃料ガス流路１４から排出されるアノードオフガスの一部と、酸化剤ガス流路１２から排出されるカソードオフガスの一部とを燃焼させる。
【００９５】
排熱回収水循環ライン７０には、第１熱交換器７１と、第２熱交換器７２とが組み込まれている。第１熱交換器７１は、タンク２４内に収容される。第１熱交換器７１は、排熱回収水循環ライン７０を流れる低温状態の排熱回収水と、高温のアノードオフガスとを熱交換することにより、アノードオフガス中の水分を凝縮させ、改質水として回収する。回収された改質水は、タンク２４内に貯留される。
【００９６】
第２熱交換器７２は、燃焼器８０から排出される高温の燃焼排ガスと、第１熱交換器７１で暖められた排熱回収水とを熱交換する。これにより、排熱回収水循環ライン７０を流れる排熱回収水が更に加熱され、高温状態の排熱回収水として供給される。排熱回収水を加熱した燃焼排ガスは、第２熱交換器７２から外部に排気される。
【００９７】
燃料電池システム１０８では、排熱回収水を利用してアノードオフガス中の水分を凝縮させ、改質水を回収する点を除き、第６の実施の形態に係る燃料電池システム１０５と同様の動作を行う。なお、排熱回収水との熱交換による改質水の回収や、カソードオフガスとの熱交換による排熱回収水の加熱は、制御部が、ＳＯＦＣ１０の発電開始後（図２に示すステップＳＴ８の後）の任意のタイミングで実行する。
【００９８】
燃料電池システム１０８においても、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを再循環させることから、ＳＯＦＣ１０のセル内の燃料極の酸化を防止すると共に、水素分圧の低下を防止できるので、発電効率を向上することができる。また、アノードオフガス中の水分を改質水としてタンク２４に回収することから、改質水をタンク２４に供給するための水道や純水器等の構成を省略でき、システム全体を簡素化することができる。
【００９９】
特に、燃料電池システム１０８では、タンク２４内に、排熱回収水とタンク２４内に流入したアノードオフガスとの熱交換を行う第１熱交換器７１が収容されている。これにより、タンク２４内において、低温の排熱回収水と高温のアノードオフガスとの熱交換が行われるため、アノードオフガス中の水分を効率的に凝縮させ、改質水を回収することができる。
【０１００】
また、第１熱交換器７１にてアノードオフガスを利用して排熱回収水を加熱し、更に第２熱交換器７２にて燃焼排ガスを利用して排熱回収水を加熱することから、排熱回収効率を向上させることができる。
【０１０１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【０１０２】
例えば、上記実施の形態では、内部に水蒸気改質機能（内部改質機能）を有するＳＯＦＣ１０を備える燃料電池システム１００等について説明している。しかしながら、燃料電池システムの構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、ＳＯＦＣ１０の前段に改質器を設置し、内部改質機能を省略したＳＯＦＣ１０を備えるようにしてもよい。このように構成を変更した場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の燃料電池システム及びその運転方法は、家庭用、業務用、その他のあらゆる産業分野の燃料電池システム及びその運転方法に適用して好適である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０：固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
１２：酸化剤ガス流路
１４：燃料ガス流路
２０：タンク
２１：燃料ガス供給ライン
２２：熱交換器
２３：改質用蒸気供給ライン（蒸気供給ライン）
２４：改質水タンク（タンク）
２５：改質水蒸発器（蒸発器）
３０：再循環昇圧器（昇圧器）
３１：アノードオフガス排気ライン
３２：改質水回収ライン（回収ライン）
３３：アノードオフガス再循環ライン（再循環ライン）
３４：改質水供給ライン
３５：改質水ポンプ
３６：調節弁
３７：バイパスライン
４０：調節弁
４１：温度センサ
５０：流量計
６０：反応空気ブロア
６１：酸化剤ガス供給ライン
６２：熱交換器
６３：熱交換器
７０：排熱回収水循環ライン
７１：第１熱交換器
７２：第２熱交換器
８０：燃焼器
１００〜１０８：燃料電池システム
【図１】
2020035563.tif 000003
【図２】
2020035563.tif 000004
【図３】
2020035563.tif 000005
【図４】
2020035563.tif 000006
【図５】
2020035563.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020035563.tif 000009
【図８】
2020035563.tif 000010
【図９】
2020035563.tif 000011
【図１０】
2020035563.tif 000012
【図１１】
2020035563.tif 000013
【図１２】
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