(57)【要約】【課題】設置面積の狭小化を図ることでき、発電設備の工事が容易であり、さらに、残燃料ガスの回収、温排気ガスの有効利用、電池の内部抵抗による損失分の低減、燃料電池の再起動や負荷変動に伴うセルの劣化防止を図ること。【解決手段】長尺鋼管１００を建物の地下構造部分の地中に縦型に設置した構造の燃料電池システムであって、長尺鋼管１００は、外筒１０１と、外筒１０１の内部に収納された内側複層鋼管の内筒１０２と、内筒１０２に積み重ねるように複数格納された燃料電池１０３と、燃料供給手段１０４と、排気ガス貯留部１０５と、旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置１０６と、排ガス分離回収器１０７と、回収燃料貯留部１０８と、から構成される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体酸化物型燃料電池を長尺鋼管に収納し、前記長尺鋼管を建物の地下構造部分の地中に縦型に設置した構造の燃料電池システムであって、
前記長尺鋼管は、
外枠となる外側鋼管と、
前記外側鋼管の内部に収納された内側複層鋼管と、
前記内側複層鋼管内に積み重ねるように複数格納された燃料電池と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記外側鋼管と前記内側複層鋼管との間の空間に設けられ、前記燃料電池で使用された後の排気ガスを貯留する排気ガス貯留部と、
前記燃料電池から排気ガスを吸引して前記排気ガス貯留部へ排出する排気ガス吸引手段と、
前記排気ガス貯留部の排気ガスから燃料を回収する燃料回収手段と、
前記内側複層鋼管の複層部分の空間に設けられ、前記燃料回収手段で回収した回収燃料を貯留する回収燃料貯留部と、
から構成されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池は、その内部の各セルの長手方向が前記長尺鋼管の長手方向と一致するように格納されており、
前記燃料供給手段は、前記燃料電池の各セルの下側から上方向に向かって燃料を供給する上方向燃料供給槽と、前記燃料電池の各セルの横方向から燃料を供給する横方向燃料供給槽とを有す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】
前記排気ガス吸引手段は、前記燃料電池から排気ガスを吸引する際に排ガスを旋回させて吸引する旋回気流発生装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排気ガス貯留部には、空気管、燃料ガス管、排気ガス管、排気熱回収水管、蒸気管などの配管類が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の長尺鋼管を複数並列に配置し、
各長尺鋼管の排気ガス貯留部の排気ガスを循環可能に配管した排ガス循環幹線と、各長尺鋼管の回収燃料貯留部の回収燃料を循環可能に配管した回収燃料循環幹線とを用いて各長尺鋼管を連結させたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事務所ビルの主電源用として利用する燃料電池システムに関し、特に、複数の固体酸化物型燃料電池を長尺鋼管に収納し、長尺鋼管を建物の地下構造部分の地中に縦型に設置した構造の燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、環境にクリーンな水素エネルギーの使用技術の開発・検証が、近い将来を目標として急速に進められている。その展望としては、先ず水素ガス搬送のコスト面を解決するために日本縦断のガスパイプライン幹線の建設を行い、水素ガスの安全性を実証確認することが考えられている。
安全性の確認方法は、先行して中継ぎ用に天然ガスを、次に天然ガスや現在開発中の石炭改質ガスと水素ガスを混合したガスを搬送し、水素ガスの搬送の安全性を確認後に水素ガスの専用搬送を行うと思われる。このため、全面的に水素ガスを大量に使用した燃料電池時代は、これらのことが解決した１５年〜２０年先と想定されている。
【０００３】
一方、現状の燃料電池は未だ開発途上の段階である。このため、商品化された機種は小容量であり、用途・目的が商用系統からの買電の補助的なサブ電源規模の利用に留まっていることが多い。また、燃料電池の設置方法は、ユニットタイプの据え置き型をビル内の発電・受変電所に設備している。現状の燃料電池は、補助的に使用されていることから、当然ながら、エネルギー供給に際して考慮しなければならない停電や熱供給停止時のサービス機能の提供を要求されていない。
【０００４】
また、定置・大型燃料電池の開発とその将来性としては、燃料電池からの排熱を活用したガスタービン発電の組み合わせが他の発電装置と比べ格段と発電効率・総合効率が高いため、大容量の分散型燃料電池の開発が期待されている。
【０００５】
ビル用エネルギー源の種類と建物用途に言及すると、事務所ビルなどの建築における電力・熱エネルギー源の現状は、従来の買電による電力と空調や温水に使用するガスとの併用から電気を主としたエネルギー源に変わりつつある。
また、近年に新築する大型ビルの用途は、単一用途の事務所ビルから社会的な反響を呼んでいる複合施設ビルへの建設に移行している例が多く発表されている。複合施設ビルのエネルギー種類と用途は、大電力を必要とする劇場・電算センター、多量の温水・蒸気を消費するホテル・レストランや、さらにビル内サービスの機能面を補完する冷凍・冷蔵庫設備などの本来は物流システムで扱うエネルギー供給にも及んでいる。
【０００６】
ところで、固体酸化物型燃料電池の性能・機能は、現状まだ定まっていないが、近い将来は各種燃料電池の中でも最も高い発電効率とコスト低減が見込まれている。
また、固体酸化物型燃料電池は、大容量発電に最も適していると言われており、既にメーカ数社が商品化している。例えば、先進的な技術として、燃料電池槽と排気ガスを集める排気再循環室、それらを囲むタンクおよびタンク内に格納した燃料と排気ガスの混合装置とを備えた構成で、排気ガス中に含まれる残燃料ガスを再利用し、燃料使用率の向上を図れるようにした排ガス再循環方式や、排気ガスを使用して排熱利用型改質器、燃料加熱器、蒸気発生器、排熱温水器などを燃料電池と一体に構成し、排熱を有効に利用するようにした熱自立型システムが提供されている。ただし、電池の内部抵抗による損失の削減方法と燃料電池の再起動や負荷変動に伴うセルの劣化防止対策については、材料面から研究開発が進められている段階である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように定置・大型燃料電池については、依然まだ多くの課題があり、官民あげて研究・開発を進めている段階にある。
そこで、本発明者らは、大型規模の事務所ビルに燃料電池を適用する際の将来をみた課題・要望を摘出して、整理した。
先ず、大型規模の事務所ビルとは言え、燃料電池システムで構成される発電設備は出来るだけ小型（設置面積の狭小化）で、かつ、発電設備の工事が容易であることが望まれる。
次に、燃料電池の性能・機能に関する要望として、排気ガス中に含まれる残燃料ガス（１０％〜１５％）を回収して利用すること、温排気ガスを有効利用すること、電池の内部抵抗による損失分（熱発生３０％〜４３％）の低減を図れること、燃料電池の再起動や負荷変動に伴うセルの劣化防止を図ることがある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設置面積の狭小化を図ることでき、発電設備の工事が容易であり、さらに、残燃料ガスの回収、温排気ガスの有効利用、電池の内部抵抗による損失分の低減、燃料電池の再起動や負荷変動に伴うセルの劣化防止を図ることができる燃料電池システム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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、複数の固体酸化物型燃料電池を長尺鋼管に収納し、前記長尺鋼管を建物の地下構造部分の地中に縦型に設置した構造の燃料電池システムであって、前記長尺鋼管は、外枠となる外側鋼管と、前記外側鋼管の内部に収納された内側複層鋼管と、前記内側複層鋼管内に積み重ねるように複数格納された燃料電池と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、前記外側鋼管と前記内側複層鋼管との間の空間に設けられ、前記燃料電池で使用された後の排気ガスを貯留する排気ガス貯留部と、前記燃料電池から排気ガスを吸引して前記排気ガス貯留部へ排出する排気ガス吸引手段と、前記排気ガス貯留部の排気ガスから燃料を回収する燃料回収手段と、前記内側複層鋼管の複層部分の空間に設けられ、前記燃料回収手段で回収した回収燃料を貯留する回収燃料貯留部と、から構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、その内部の各セルの長手方向が前記長尺鋼管の長手方向と一致するように格納されており、前記燃料供給手段は、前記燃料電池の各セルの下側から上方向に向かって燃料を供給する上方向燃料供給槽と、前記燃料電池の各セルの横方向から燃料を供給する横方向燃料供給槽とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、前記排気ガス吸引手段は、前記燃料電池から排気ガスを吸引する際に排ガスを旋回させて吸引する旋回気流発生装置を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池システムにおいて、前記排気ガス貯留部には、空気管、燃料ガス管、排気ガス管、排気熱回収水管、蒸気管などの配管類が配設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の長尺鋼管を複数並列に配置し、各長尺鋼管の排気ガス貯留部の排気ガスを循環可能に配管した排ガス循環幹線と、各長尺鋼管の回収燃料貯留部の回収燃料を循環可能に配管した回収燃料循環幹線とを用いて各長尺鋼管を連結させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる燃料電池システムは、複数の固体酸化物型燃料電池を長尺鋼管に収納し、長尺鋼管を建物の地下構造部分の地中に縦型に設置した構造であるため、設置面積の狭小化を図ることでき、発電設備の工事が容易であるという効果を奏する。
また、外側鋼管と内側複層鋼管との間の空間に設けられ排気ガス貯留部に高温の排気ガスを貯留するため、温排気ガスの有効利用を図ることができる。
また、燃料電池から排気ガスを吸引して排気ガス貯留部へ排出し、排気ガス貯留部の排気ガスから燃料を回収して、回収燃料貯留部に貯留するため、残燃料ガスの回収および有効利用を図ることができる。
また、燃料電池から排気ガスを吸引して排気ガス貯留部へ排出するため、セルの近傍に浮遊・滞留する不用な生成物質、未反応の燃料等を吸引して、これらに起因する電池の内部抵抗による損失分の低減を図ることができる。
また、燃料電池が格納された内側複層鋼管の内部を取り囲むように、高温の排気ガスを貯留する排気ガス貯留部と、高温の回収燃料を貯留する回収燃料貯留部とが設けられているため、燃料電池を加温常態化することができ、燃料電池の再起動や負荷変動に伴うセルの劣化防止を図ることができる。
【００１５】
また、燃料供給手段が、燃料電池の各セルの下側から上方向に向かって燃料を供給する上方向燃料供給槽と、燃料電池の各セルの横方向から燃料を供給する横方向燃料供給槽とを有するため、燃料電池セルの表面に高濃度の燃料を均等送気することができ、これによってセルの電極反応を活性化することができる。すなわち、電池の内部抵抗（濃度分極）による損失分の低減を図ることができる。
【００１６】
また、排気ガス吸引手段が、前記燃料電池から排気ガスを吸引する際に排ガスを旋回させて吸引する旋回気流発生装置を有するため、発生された旋回気流で、電極の３相界面付近に浮遊・滞留する不用な生成物質や、生成水、未反応の燃料が電極反応を阻害するのを防止できる。すなわち、電池の内部抵抗（抵抗分極、拡散分極）による損失分の低減を図ることができる。
【００１７】
また、空気管、燃料ガス管、排気ガス管、排気熱回収水管、蒸気管などの配管類が排気ガス貯留部に配設されているため、高温排気ガスの熱を有効に回収できる。
【００１８】
また、長尺鋼管を複数並列に配置し、各長尺鋼管の排気ガス貯留部の排気ガスを循環可能に配管した排ガス循環幹線と、各長尺鋼管の回収燃料貯留部の回収燃料を循環可能に配管した回収燃料循環幹線とを用いて各長尺鋼管を連結させたため、並列運転において、１つの長尺鋼管の燃料電池を全て停止させた場合でも、他の長尺鋼管の高温排気ガスを有効に活用して、燃料電池の停止・始動に伴うセルの熱的負担からくる劣化現象を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる燃料電池システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
本発明の燃料電池システムは、複数の固体酸化物型燃料電池を長尺鋼管に収納し、長尺鋼管を建物の地下構造部分の地中に縦型に設置した構造の燃料電池システムである。以下、図１および図２を参照して、本発明の燃料電池システムの一実施例について詳細に説明する。なお、図１は、本実施例の燃料電池システムの概略構成を示すための外観イメージ図を示し、図２は、本実施例の燃料電池システムの内部機器構成を示すための説明図を示す。
【００２１】
本実施例の燃料電池システムの長尺鋼管１００は、外枠となる外側鋼管である外筒１０１と、外側内筒１０２ａおよび内側内筒１０２ｂの２つの鋼管で形成された内側複層鋼管である内筒１０２と、内筒１０２の内部に積み重ねるように複数格納された固体酸化物型（ＳＯＦＣ）の燃料電池１０３と、燃料電池１０３に燃料を供給する燃料供給手段１０４と、外筒１０１と内筒１０２との間の空間に設けられ、燃料電池１０３で使用された後の排気ガスを貯留する排気ガス貯留部１０５と、燃料電池１０３から排気ガスを吸引して排気ガス貯留部１０５へ排出する旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置１０６と、排気ガス貯留部１０５に貯留されている排気ガスから燃料を回収する燃料回収手段としての排ガス分離回収器１０７と、内筒１０２（外側内筒１０２ａおよび内側内筒１０２ｂ）の複層部分の空間に設けられ、排ガス分離回収器１０７で回収した回収燃料を貯留する回収燃料貯留部１０８と、を備えている。
【００２２】
なお、燃料電池１０３は、その内部の各セル１０３ａの長手方向が長尺鋼管１００の長手方向と一致するように格納されている。
また、燃料供給手段１０４は、燃料電池１０３の各セル１０３ａの下側から上方向に向かって燃料を供給する上方向燃料供給槽１０４ａと、燃料電池１０３の各セル１０３ａの横方向から燃料を供給する横方向燃料供給槽１０４ｂと、元燃料である天然ガス＋水蒸気を改質して過熱水素を生成して供給する燃料改質器１０４ｃとを有している。
【００２３】
また、旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置１０６は、燃料電池１０３から排気ガスを吸引する際に排ガスを旋回させて吸引する旋回気流発生装置を有しており、図中の１０６ａが気流発生用回転駆動機を示している。
また、排気ガス貯留部１０５には、空気供給管１０９ａ、排気ガス管１０９ｂ、燃料ガス管１０９ｃ、排気熱回収水管１０９ｄ、水管１０９ｅなどの配管類が配設されている。なお、図において、１１０は、上下の内筒１０２を接続するための接続フランジを示している。
【００２４】
以上の構成において、（１）燃料電池の格納容器でもある長尺鋼管の設置および施工方法、（２）内筒および内筒内側部の特徴、（３）外筒空間部の役割・特徴、（４）並列運転制御の例について詳細に説明する。
【００２５】
・  燃料電池の格納容器でもある長尺鋼管の設置および施工方法
ここでは、前提として、建築延べ床面積３０，０００ｍ２  程度の大型事務所ビルに本実施例の長尺鋼管１００を設置する場合を例として説明する。
都心における事務所ビルに主電源用として供給する燃料電池の必要な設置面積は、ビルを経営する上で極力最小限に止めることが望まれている。
この要望に対して、本実施例の燃料電池システムの設置方法では、長尺鋼管１００の内空部に燃料電池本体と周辺機器を格納し、長尺鋼管の設置場所を建物の利用上から制約の少ない地下構造部分の地中に設置するものである。
【００２６】
前述したように長尺鋼管１００の構成は、外筒１０１と内筒１０２とを１組（基）に構成し、地中に設置した時の状況は、図１に示したように、懐中電灯を縦型にして地中に埋め込んだようなイメージとなる。ここでは、都市型・建築統合タイプの分散型燃料電池システムとして、５００ｋＷの設置イメージ（１００ｋ×５台／１基）の例を示している。また、構成は外筒を別途単独に増設して電気・熱の種別によるエネルギー増の需要に応えることもできる。
【００２７】
なお、建築延べ床面積と電源容量の設定は、建築規模と燃料電池（燃料が天然ガスの場合）の大きさや、分散型電源の導入条件の可否について目安を付けるために、図３−１、図３−２に示す事務所ビルの規模別電源容量分析表を作成し、建築延べ床面積と電源容量との関係を分析した。表１にその分析結果を示す。分析表からは、建築延べ床面積３０，０００ｍ２  におけるピーク負荷を考慮した電源容量値２５００ｋＷ（燃料電池１００ｋＷ×５台／５基）を得た。
【表１】
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【００２８】
次に、図１を参照して、長尺鋼管１００（内筒・外筒用の鋼管）を設置する施工方法について説明する。施工方法は、基礎杭工事で使用されている拡底掘機械を使用して掘削した孔に最初の外筒１０１を立て込み、拡底部と外筒底部にコンクリート根固め（地盤改良材２０１）や外筒１０１の外周に断熱材２０２を施す。次に、躯体工事の進捗状況に合わせて燃料電池用の内筒１０２（燃料電池・各種装置や配管類を装着済み）の立て込みや外部周辺の電気や熱の設備を施工する。内筒１０２、外筒１０１の設置工事は、基礎杭本工事と並行して施工を行うことができ、これによって工事の合理化を図ることができる。なお、２０３は地下躯体床を示している。
【００２９】
（２）内筒および内筒内側部の特徴
次に、本発明の特徴の一つである内筒および内筒内側部についてその機能を詳細に説明する。
【００３０】
本実施例の燃料電池システムでは、長尺鋼管１００が燃料電池５００ｋＷ／１基の構成の場合を示しており、内筒１０２内に１００ｋＷ燃料電池１台を格納し、フランジ接続などによって５台を組み合わせている。したがって、５台連結した内筒１０２が外筒１０１に格納された構成である。このような構成により、内筒１０２をクレーンなどで吊り上げることで内筒１０２および内筒所要部位のメンテナンスを容易に行うことができる。
また、燃料電池１０３の台数制御によって、長尺鋼管１００（１基）あたり１００ｋＷ〜５００ｋＷの範囲でその容量を調整可能である。
【００３１】
内筒１０２には、燃料電池１０３の各セル１０３ａに対する均等な燃料供給を図るために、上方向燃料供給槽１０４ａによって燃料電池１０３の各セル１０３ａの下側から上方向に向かって燃料を供給すると共に、横方向燃料供給槽１０４ｂで燃料電池１０３の各セル１０３ａの横方向から燃料を供給している。このような燃料の供給方法によって、燃料電池セル表面の全方位（セルの長手方向、横方向縦）にわたって燃料である高濃度水素ガスを均等送気することができる。この機能によりセルの電極反応で発生する活性化分極や拡散分極（濃度分極）を低減し、電極反応を活性化することができる。
【００３２】
また、内筒１０２には、旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置１０６が配設されており、この旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置１０６が、燃料電池１０３から排気ガスを吸引する際に排ガスを旋回させて吸引する。このような旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置１０６の機能によって、電極の３相界面付近に浮遊・滞留する不用な生成物質や生成水、未反応の水素が電極反応を阻害（抵抗分極、拡散分極）するのを内筒１０２の内周に発生させた気流と吸引装置で排除する。加えて燃料の希薄化を防ぎ電極反応を活性化することができる。
【００３３】
また、内筒１０２を構成する外側内筒１０２ａと内側内筒１０２ｂとの間の空間に設けられた回収燃料貯留部１０８が、大容量の一次排ガス貯留領域（１００ｋＷ／１台当たり１ｍ３  程度）としての役割を果たし、排ガス分離回収器１０７で回収した回収燃料を貯留する構成である。
すなわち、内筒１０２の複層鋼管内には、外筒１０１の排ガス分離回収器１０７から送られてきた残燃料の回収水素ガスが８５０℃の高温常態で大量に貯蓄される（貯蓄容量：１台当り０．７ｍ３  ：１基（５台）当り計３．５ｍ３  −送電端出力約５０ｋＷｈ相当分）。この貯留された水素ガスは燃料送気管１１１を介して内筒１０２の過熱水素供給槽（上方向燃料供給槽１０４ａおよび横方向燃料供給槽１０４ｂ）に送気される。
【００３４】
このように回収燃料貯留部１０８に、回収水素ガスを高温常態で大量に貯蓄する構成であるため、燃料電池の弱点である急峻な電力負荷・ピーク負荷に即応した水素ガスの供給ができる。また、停止中の燃料電池の温度を複層部内の過熱した水素ガスで常に加温常態に保つことができる。このことから現状のセル耐用時間をさらに増やすことができる。
【００３５】
本実施例によれば、燃料電池の発電性能を低下させる電極付近に発生する損失抵抗の要因を３０％から１５％程度に半減し、発電効率を向上することができる。発電効率の改善率を図４の燃料電池の単セル特性とエネルギーの関係図に示す。このように内部抵抗（損失抵抗）による損失を改善することにより、発電効率を大幅に改善することができる。
【００３６】
（３）外筒空間部の役割・特徴
本実施例の長尺鋼管１００は、排気ガス貯留部１０５に燃料電池１０３で使用された後の排気ガスを貯留することにより、熱自立型構造のシステムを構成している。具体的には、内筒１０２で発生した大量の排気ガスを外筒１０１内の排気ガス貯留部１０５に高温貯留（８５０℃）する（貯留容量：１台当り１ｍ３  ：１基（５台）当り計５ｍ３  ）。
この排気ガス貯留部１０５の空間内には、高温環境を活用して排気ガス中の残存水素回収や燃料の改質を行う排ガス分離回収器１０７や燃料改質器１０４ｃや、排気ガスからの熱回収を目的にした空気供給管１０９ａ、排気ガス管１０９ｂ、燃料ガス管１０９ｃ、排気熱回収水管１０９ｄ、水管１０９ｅなどの配管類が格納されている。
【００３７】
このように排気ガス貯留部１０５内に大量の排気ガスを高温貯留しているので、始動時の運転再開までにかかる余熱運転（約３日間）の必要性はなく、即時始動が可能となる。
すなわち、外筒１０１の大きな役割の一つは、高温排ガスを有効に活用して燃料電池の停止・始動に伴うセルの熱的負担からくる劣化現象を抑制する仕組みを構築している点である。
【００３８】
なお、本実施例の燃料電池システムでは、即時始動に必要な燃料電池セルの余熱の方法として次の３つの方法を有している。
ａ．回収燃料貯留部１０８（内筒複層部）に貯留された過熱水素からの伝熱により内筒１０２を加温常態化。
ｂ．停止時でも燃料電池１基の内の１００ｋＷを常時運転して他の４００ｋＷセルを加温常態化。
ｃ．燃料電池システムを長尺鋼管１００で構成した場合、並列運転している他の長尺鋼管１００の燃料電池群の高温ガスを運転停止中の長尺鋼管１００の排気ガス貯留部１０５および回収燃料貯留部１０８に供給して加温常態化。
【００３９】
・  並列運転制御の例
次に、長尺鋼管を複数並列に配置した燃料電池システムの場合におけるセル劣化要因の抑制の方法について説明する。
図５は、燃料電池の並列運転制御システムの概要を示す説明図である。本実施例の燃料電池システムは、長尺鋼管１００を複数並列に配置し、各長尺鋼管１００の排気ガス貯留部１０５の排気ガスを循環可能に配管した排ガス循環幹線３０１と、各長尺鋼管１００の回収燃料貯留部１０８の回収燃料を循環可能に配管した回収燃料循環幹線３０２とを用いて各長尺鋼管１００を連結させた構成である。なお、図において、３０３は各長尺鋼管１００に燃料を供給する燃料循環幹線を示し、３０４は開閉弁を示し、３０５は各開閉弁３０４の開閉制御を行う並列運転制御コントローラを示している。
【００４０】
燃料電池の停止・始動に伴うセル劣化要因を抑制するために、換言すれば、各基（各長尺鋼管１００）の運転に伴うセルに対する負担を均等化するために、他の燃料電池の空気管・燃料ガス管・排気ガス管・排熱回収水管・蒸気管などを接合して共有している。
【００４１】
本実施例の外筒１０１の大きな役割の一つは、高温排ガスを有効に活用して燃料電池の停止・始動に伴うセルの熱的負担からくる劣化現象を抑制する並列運転の仕組みを電気化学的な技術を用いずに機械的な工夫で構築している点にある。
【００４２】
図５において、長尺鋼管１００（Ａ基）は、全ての燃料電池１０３が休止した休止時を示している。並列運転制御方法としては、他の運転中の長尺鋼管１００（Ｃ基）から高温排ガスと回収水素ガスを受けて内筒１０２内を加温状態にする。なお、この制御は、並列運転制御コントローラ３０５による開閉弁３０４の開閉によって行われる。
【００４３】
長尺鋼管１００（Ｂ基）は、１台の燃料電池１０３を残して他の燃料電池１０３が休止した休止時を示している。並列運転制御方法としては、他の運転中の長尺鋼管１００（Ｃ基）から高温排ガスと回収水素ガスを受けると共に、１台の燃料電池１０３を運転し、内筒１０２内を加温状態にする。
【００４４】
前述したように本実施例の燃料電池システムによれば、以下の効果を奏することができる。
第１に、床面は営業用に全面使用できる。
第２に、複数基の発電により完全無停電（瞬停）化を図ることできる。
第３に、複合施設ビルのエネルギー供給に対応可能である。
第４に、重要な生産設備に高品質な電力を供給することができる。
第５に、エネルギー源をガスに一本化してエネルギーの無駄を排除、料金コスト削減を図ることができる。図４で示したように、発電効率６０％を実現可能であり、また電力の基本料金およびデマンド契約が不要、さらに送電ロスなしを図れる。
第６に、災害や電力危機時に、自家発電力を電力会社と協調して社会へ提供できる。
第７に、エネルギー源が一本化しているために電気・熱管理が容易である。
第８に、多段式燃料電池（例えば、懐中電灯の乾電池）構成のために維持管理がスムーズである。
【００４５】
さらに、二次的な効果とて、総合建設業者のメリットを挙げることができる。例えば、電気・熱の種類別の需要に柔軟性があるため、要求されるビル用途の組み合わせが容易である。また、温排気ガスを有効利用した熱自立型システムの構築（建築統合型）が容易である。また、発電設備の設置場所の設計検討が容易である。さらに複数ビルを纏めてガス大口契約が可能となり燃料費をさらに圧縮してオーナー（保有者）に還元することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、都市における事務所ビル用の分散型燃料電池に有用であり、特に、大型規模の事務所ビルや、大容量の電力を必要とする複合施設ビルに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施例の燃料電池システムの概略構成を示すための外観イメージ図である。
【図２】本実施例の燃料電池システムの内部機器構成を示すための説明図である。
【図３−１】事務所ビルの規模別電源容量分析表を示す説明図である。
【図３−２】事務所ビルの規模別電源容量分析表を示す説明図である。
【図４】燃料電池の単セル特性とエネルギーの関係を示す説明図である。
【図５】燃料電池の並列運転制御システムの概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００    長尺鋼管
１０１    外筒（外側鋼管）
１０２    内筒（内側複層鋼管）
１０３    燃料電池
１０４    燃料供給手段
１０５    排気ガス貯留部
１０６    旋回気流発生装置付き排ガス吸引装置
１０７    排ガス分離回収器
１０８    回収燃料貯留部
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５】
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