(57)【要約】      （修正有）【課題】固体酸化物形燃料電池の負荷状態の変化に対応することが容易に可能となった固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池２と、固体酸化物形燃料電池２から導出された燃料の一部が導かれ、燃料の流量を制御する制御弁７と、固体酸化物形燃料電池２に導かれる燃料を加湿する加湿手段３と、を備え、加湿手段３には、制御弁７を通過した燃料が導かれることを特徴とする。【選択図】図１
2011138630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の一部が導かれ、燃料の流量を制御する制御弁と、
前記固体酸化物形燃料電池に導かれる燃料を加湿する加湿手段と、を備え、
該加湿手段には、前記制御弁を通過した燃料が導かれる固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記加湿手段は、液体が貯蔵される加湿器と、前記制御弁の下流側に設けられて前記加湿器の上流側と前記加湿器の下流側とに前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流れる方向を切換える方向弁とを有し、
前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて、前記方向弁を切換える請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記加湿手段は、液体が貯蔵される２つの加湿器を有し、
下流側の前記加湿器には、上流側の前記加湿器および前記制御弁から燃料および燃料が導かれ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて各前記加湿器による加湿状態を変更可能とされる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御する制御弁と、
前記制御弁を通過した燃料を加湿する加湿手段と、を備え、
前記制御弁は、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以下の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を増加させるように切換えられ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以上の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を減少させるように切換えられる固体酸化物形燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池システムに関し、特に、固体酸化物形燃料電池に導かれる燃料の加湿に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、都市ガス等の炭化水素系の燃料を用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池では、燃料に水蒸気、酸素、水分を添加して水素を主成分する燃料に改質している。（例えば、特許文献１、特許文献６および特許文献７）。
固体酸化物形燃料電池が発電の際に生じた水蒸気は、固体酸化物形燃料電池から残余燃料とともに排出される。この水蒸気を含んだ残余燃料（以下「再循環燃料」という。）を再利用して、固体酸化物形燃料電池システムの効率化が行われている（特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４５５２３号公報
【特許文献２】特許第３９１７８３８号公報
【特許文献３】特開２００７−３１１０７２号公報
【特許文献４】特開２００３−１２３８１８号公報
【特許文献５】特開２００９−７６２７３号公報
【特許文献６】特開２００６−３１３６８７号公報
【特許文献７】特開２００５−３１７４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献３および特許文献５に記載の発明は、再循環燃料に含まれる水蒸気だけが固体酸化物形燃料電池に導かれるため、固体酸化物形燃料電池の負荷状態が変化した場合には、固体酸化物形燃料電池に供給される空気量を調整する必要がある。しかし、固体酸化物形燃料電池に供給される空気量を減少させた場合には、固体酸化物形燃料電池が発電する際に発生する熱の冷却量が減ってしまい固体酸化物形燃料電池システムを安定して運転することが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、固体酸化物形燃料電池の負荷状態の変化に対応することが容易に可能とされた固体酸化物形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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムによれば、蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の一部が導かれ、燃料の流量を制御する制御弁と、前記固体酸化物形燃料電池に導かれる燃料を加湿する加湿手段と、を備え、該加湿手段には、前記制御弁を通過した燃料が導かれることを特徴とする。
【０００７】
固体酸化物形燃料電池には、蒸気を添加することによって改質された燃料が導かれる。固体酸化物形燃料電池が発電した際には、固体酸化物形燃料電池から導出される燃料には、蒸気が含まれている。そこで、固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の一部を固体酸化物形燃料電池の上流側に導いて燃料中の蒸気を燃料の改質に再利用する再循環方式が用いられている。本発明では、燃料に蒸気を添加する加湿手段を固体酸化物形燃料電池の上流側に設け、加湿手段と固体酸化物形燃料電池との間に固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料を導くことにした。また、固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御弁によって制御することとした。これにより、固体酸化物形燃料電池には、加湿手段を通過して加湿された燃料に加え、流量が制御され、かつ、蒸気を含んだ燃料が供給される。そのため、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料の蒸気量を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池に導かれる蒸気量を発電に適した量に制御することによって、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の負荷変化に対応させて運転することができる。
【０００８】
本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムによれば、前記加湿手段は、液体が貯蔵される加湿器と、前記制御弁の下流側に設けられて前記加湿器の上流側と前記加湿器の下流側とに前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流れる方向を切換える方向弁とを有し、前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて、前記方向弁を切換えることを特徴とする。
【０００９】
固体酸化物形燃料電池の電圧低下等の緊急時や電力ニーズに伴う発電容量変更によって固体酸化物形燃料電池の負荷変化が必要とされる場合には、蒸気量を増やして固体酸化物形燃料電池の負荷を下げる必要がある。そこで、固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて切換る方向弁を制御弁の下流側に設け、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料の一部を加湿器の上流側に導くこととした。そのため、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料に、さらに加湿器によって蒸気を添加して固体酸化物形燃料電池に導くことができる。したがって、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の負荷変化に対応させて運転することができる。一方、燃料中の蒸気量を増やす必要のないときは、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料の一部を加湿器の下流側に導くこととし、燃料が加湿器を通過しないようにする。
【００１０】
本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムによれば、前記加湿手段は、液体が貯蔵される２つの加湿器を有し、下流側の前記加湿器には、上流側の前記加湿器および前記制御弁から燃料および燃料が導かれ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて各前記加湿器による加湿状態を変更可能とされることを特徴とする。
【００１１】
加湿器は、２つ設け、下流側の加湿器に制御弁からの燃料を導くこととしたので、下流側の加湿器には、制御弁からの燃料だけでなく上流側の加湿器からの燃料も導かれる。したがって、下流側の加湿器によって最終的に必要な加湿量を決定することができる。そして、固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて各加湿器による加湿状態が変更可能とされるので、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の運転負荷変化に応じて運転することができる。
【００１２】
本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムの制御方法によれば、蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御する制御弁と、前記制御弁を通過した燃料を加湿する加湿手段と、を備え、前記制御弁は、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以下の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を増加させるように切換えられ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以上の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を減少させるように切換えられることを特徴とする。
【００１３】
固体酸化物形燃料電池の負荷を所望負荷以下にする場合には、固体酸化物形燃料電池から導出される燃料の流量を増加させるように加湿手段に導き、固体酸化物形燃料電池の負荷を所望負荷以上にする場合には、固体酸化物形燃料電池から導出される燃料の流量を減少させて加湿手段に導くように制御弁を制御する。そのため、固体酸化物形燃料電池の所望負荷に応じて、固体酸化物形燃料電池に供給される蒸気量を変化させて固体酸化物形燃料電池の燃料性状を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて、固体酸化物形燃料電池システムを運転することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した発明によれば、燃料に蒸気を添加する加湿手段を固体酸化物形燃料電池の上流側に設け、加湿手段と固体酸化物形燃料電池との間に固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料を導くことにした。また、固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御弁によって制御することとした。これにより、固体酸化物形燃料電池には、流量が制御され、かつ、蒸気を含んだ燃料に加え、加湿手段を通過して加湿された燃料が供給される。そのため、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料の蒸気量を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池に導かれる蒸気量を発電に適した量に制御することによって、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の運転負荷変化に対応させて運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、固体酸化物形燃料電池システム１の概略構成図が示されている。
固体酸化物形燃料電池システム１は、固体酸化物形燃料電池２と、加湿手段３と、再循環ブロア６と、制御弁７とを有している。
【００１７】
固体酸化物形燃料電池２は、その内部が改質器（図示せず）と、本体とに分けられている。改質器は、燃料中の炭化水素と、水蒸気とを触媒上で水蒸気改質反応させる。改質器は、燃料を水蒸気改質反応させることによって水素を主成分とした燃料に改質する。固体酸化物形燃料電池２の本体では、水素と酸素とが電気化学反応することによって電気が発生する。発生した電力は、図示しない出力回路によって取り出されるようになっている。
【００１８】
加湿手段３は、内部に水（液体）を貯蔵する容器である加湿器４と、燃料の流れる方向を切換える三方弁（方向弁）５とを備えている。加湿器４の下部には、内部に溜まったドレンを外部へと排出するためにドレン管８が接続されている。ドレン管８の先端には、開閉弁９が設けられている。加湿器４は、内部にヒータ（温度調整手段）を備えている。
再循環ブロア６は、燃料を吸引して昇圧するものである。
制御弁７は、通過する燃料の流量を調整するものである。
【００１９】
次に、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時における燃料の流れについて説明する。
燃料は、固体酸化物形燃料電池システム１内に設けられている都市ガス等を貯蔵している貯蔵タンク（図示せず）から配管２０によって加湿器４へと導かれる。加湿器４には、水が貯蔵されている。配管２０の先端は、加湿器４内に貯蔵されている水の中に開口している。加湿器４に導かれた燃料は、加湿器４内に貯蔵されている水に吹き込まれる。加湿器４内に貯蔵されている水に吹き込まれた燃料は、水中で気泡となる。燃料が水中で気泡となることによって、燃料中に含まれた粉塵などの異物を分離することができる。
【００２０】
気泡となった燃料は、水によって加湿される。加湿された燃料は、加湿器４内の上部に貯まる。加湿器４内の上部に貯まった加湿された燃料は、加湿器４の上部に接続されている配管２１を経て固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。
【００２１】
固体酸化物形燃料電池２に導かれた加湿された燃料は、固体酸化物形燃料電池２内の改質器へと導かれる。改質器に導かれた燃料は、加湿されているため水分を含んでいる。水分を含んだ燃料は、改質器内の触媒上で水蒸気改質反応を行い水素を主成分とする燃料に改質される。
【００２２】
改質器によって改質された燃料は、固体酸化物形燃料電池２の本体内に導かれる。固体酸化物形燃料電池２の本体内に導かれた燃料は、図示しない空気供給用の配管から導かれた空気中の酸素と電気化学反応を行う。
【００２３】
固体酸化物形燃料電池２の本体内において燃料中の水素および一酸化炭素と、空気中の酸素とが反応する。固体酸化物形燃料電池２の本体内における電気化学反応によって、水素からは水蒸気が発生し、一酸化炭素からは二酸化炭素が発生する。電気化学反応によって発生した水蒸気と、二酸化炭素とは、固体酸化物形燃料電池２から導出される残存燃料（以下「再循環燃料」という。）とともに配管２２へと導かれる。
【００２４】
また、固体酸化物形燃料電池２の本体内における電気化学反応によって、熱が発生する。発生した熱は、空気供給用の配管から固体酸化物形燃料電池２の本体内へと導かれる空気によって冷却される。
【００２５】
配管２２に導出された水蒸気および二酸化炭素を含んだ残存燃料の一部は、配管２３上に設けられている再循環ブロア６によって吸引される。配管２３に導かれた再循環燃料は、再循環ブロア６によって昇圧されて配管２４へと導出される。配管２４に導出された再循環燃料は、配管２４上に設けられている制御弁７によって流量が制御される。
【００２６】
制御弁７に導かれる再循環燃料の流量は、固体酸化物形燃料電池２の負荷、例えば電圧等、から算出することによって決められる。再循環燃料の流量が算出されることによって、再循環燃料中に含まれている水蒸気量がわかる。
【００２７】
後述する配管２５から配管２１に合流する再循環燃料の流量を制御することによって、再循環燃料中の水蒸気量を制御する。配管２０から配管２１に導かれる燃料中の水蒸気量は、一定である。これら制御された再循環燃料中の水蒸気と、配管２０から配管２１に導かれる燃料中の水蒸気量とによって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量が決まる。
【００２８】
固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量は、固体酸化物形燃料電池２の本体内に導かれる燃料中の炭素量に対して所定の割合、例えば４倍、になることが望ましい。そのため、再循環燃料の流量を制御することによって、固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じた水蒸気量を固体酸化物形燃料電池２に導くことができる。
【００２９】
固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じた水蒸気量を固体酸化物形燃料電池２に導くために、制御弁７の開度を制御して、再循環燃料の流量を制御する。制御弁７によって流量が制御された再循環燃料は、制御弁７の下流側に接続されている配管２４へと導出される。配管２４に導出された再循環燃料は、三方弁５へと導かれる。
【００３０】
三方弁５の下流側には、配管２５と、配管２６とが接続されている。三方弁５は、固体酸化物形燃料電池２が通常運転時には、配管２４によって導かれた再循環燃料を配管２５に導出するように切換えられる。三方弁５から配管２５に導かれた再循環燃料は、配管２１に合流される。配管２１に合流した再循環燃料と、前述した加湿器４を通過して加湿された燃料とは、固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。
【００３１】
三方弁５の他方の下流側に設けられている配管２６は、配管２０に合流している。配管２６には、後述する固体酸化物形燃料電池２が緊急運転時の場合に、再循環燃料が導出されるようになっている。
【００３２】
次に、固体酸化物形燃料電池システム１の緊急運転時における燃料の流れについて説明する。
緊急運転時とは、固体酸化物形燃料電池２の電圧低下などにより固体酸化物形燃料電池２の電圧の減少や電力ニーズに伴う発電容量の変更により固体酸化物形燃料電池２の運転負荷を変化させる場合である。緊急運転時に固体酸化物形燃料電池２の負荷だけを低下させた場合には、固体酸化物形燃料電池２に供給される燃料の流量が固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量に対して高くなる。固体酸化物形燃料電池２に供給される燃料の流量が固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量に対して高くなるということは、燃料中の炭素量に対する水蒸気量が少ない状態である。
【００３３】
燃料中の炭素量に対する水蒸気量を所定の割合にするために、配管２４上に設けられている三方弁５を切換えて配管２６へと再循環燃料を導出させる。配管２６は配管２０に合流しているため、加湿器４には、配管２６に導出された再循環燃料と、配管２０から導かれた燃料とが導かれる。
【００３４】
加湿器４に導かれた再循環燃料には、既に水蒸気が含まれているが、加湿器４内に貯蔵されている水によってさらに水分が添加される。また、配管２６が合流する上流側から配管２０によって加湿器４に導かれた燃料は、加湿器４内に貯蔵されている水によって加湿される。
【００３５】
加湿器４によって水分が添加された再循環燃料と、加湿された燃料とは、加湿器４内の上部から加湿器４の上部に設けられている配管２１へと導出される。
【００３６】
配管２１に導出された水分が添加された再循環燃料と、加湿された燃料とは、固体酸化物形燃料電池２に導かれる。固体酸化物形燃料電池２に導かれた水分が添加された再循環燃料中および加湿された燃料中の水蒸気量は、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時に比べて増加している。
【００３７】
固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量が増加するため、固体酸化物形燃料電池２に導かれる燃料中の炭素量に対する水蒸気量を所定の割合にすることができる。
【００３８】
次に、固体酸化物形燃料電池２の本体の内部を冷却する場合における燃料の流れについて説明する。
固体酸化物形燃料電池２の本体における電気化学反応によって、固体酸化物形燃料電池２の本体では、熱が発生する。固体酸化物形燃料電池２の本体において発生した熱を冷却するために、配管２４の下流側に設けられている三方弁５を切換えて、再循環燃料を配管２６へと導く。
【００３９】
配管２６に導かれた再循環燃料は、配管２０に合流される。配管２０に合流された再循環ガスは、配管２０の上流側から導かれた燃料と共に加湿器４へと導かれる。加湿器４では、貯蔵されている水の温度がヒータによって調整される。
【００４０】
加湿器４内に貯蔵されている水の温度を調整することによって、加湿器４内の水の温度と圧力とから水の飽和分が決まる。水の飽和分が決まるので、再循環燃料を加湿器４に導くことによって再循環燃料中の水蒸気量を調整することができる。
【００４１】
加湿器４内で水蒸気量が調整された再循環燃料は、配管２１から固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。配管２１から固体酸化物形燃料電池２へと導かれた水蒸気量が調整された再循環燃料によって、固体酸化物形燃料電池２の本体において発電時に生じた熱が冷却される。
【００４２】
また、加湿器４内で再循環燃料中の水蒸気量を調整することによって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量を、固体酸化物形燃料電池２に導かれる燃料中の炭素量に対して所定の割合にすることができる。
【００４３】
以上の通り、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムによれば、以下の作用効果を奏する。
燃料に水蒸気を添加する加湿器（加湿手段）４を固体酸化物形燃料電池２の上流側に設け、加湿器４と固体酸化物形燃料電池２との間に再循環燃料（固体酸化物形燃料電池２から導出された水蒸気を含んだ燃料）を導くことにした。また、再循環燃料の流量を制御弁７によって制御することとした。これにより、固体酸化物形燃料電池２には、加湿器４を通過して加湿された燃料に加え、流量が制御された再循環燃料が供給される。そのため、固体酸化物形燃料電池２に供給される燃料中の水蒸気量を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量を発電に適した量に制御することによって、固体酸化物形燃料電池システム１を固体酸化物形燃料電池２の負荷変化に対応させて運転することができる。
【００４４】
固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じて切換る３方弁（方向弁）５を制御弁７の下流側に設け、再循環燃料の一部を加湿器４の上流側に導くこととした。そのため、再循環燃料に、さらに加湿器によって水蒸気を添加して固体酸化物形燃料電池２に導くことができる。したがって、固体酸化物形燃料電池システム１を固体酸化物形燃料電池２の負荷変化に対応させて運転することができる。一方、燃料中の蒸気量を増やす必要のないときは、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料の一部を加湿器の下流側に導くこととし、再循環させた燃料が加湿器を通過しないようにする。
【００４５】
固体酸化物形燃料電池２の負荷を所望負荷以下にする場合には、加湿器４に導かれる再循環燃料の流量を増加させ、固体酸化物形燃料電池２の負荷を所望負荷以上にする場合には、加湿器４に導かれる再循環燃料の流量を減少させるように制御弁７を制御する。そのため、固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量を変化させて固体酸化物形燃料電池２の燃料性状を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じて、固体酸化物形燃料電池システム１を運転することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、配管２４上に三方弁５を設けるとして説明したが、配管２５および配管２６上に開閉弁を各々設けても良い。
また、本実施形態では、配管２３と配管２４との間に再循環ブロア６を設けるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力差を生じさせる他の手段を設けても良い。
【００４７】
また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池２の本体内に生じた熱を冷却するために、ヒータを設けた加湿器４に再循環燃料を導くとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒータの替わりに発電後の固体酸化物形燃料電池２から排出される熱が付加された空気を加湿器４内に導いて温度調節をしても良い。
【００４８】
また、本実施形態では、加湿器４内に貯蔵される液体を水として説明したが、アミン系の水溶液であっても良い。この場合には、加湿器４内に導かれる燃料中の脱硫と、加湿とを一緒に行うことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池２内に改質器を有するとして説明したが、固体酸化物形燃料電池２に改質された燃料が導かれる場合には、改質器は無くても良い。
【００５０】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、加湿器を２つ有している点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および燃料の流れについては、その説明を省略する。
図２には、固体酸化物形燃料電池システム１に設けられている固体酸化物形燃料電池２の概略構成図が示されている。
【００５１】
固体酸化物形燃料電池システム１は、固体酸化物形燃料電池２と、２台の加湿器（加湿手段）４Ａ，４Ｂと、再循環ブロア６と、制御弁７とを有している。
各加湿手段４Ａ，４Ｂの下部には、内部に溜まったドレンを外部へと排出するためにドレン管８Ａ，８Ｂと、開閉弁９Ａ，９Ｂとが各々設けられている。加湿器４Ａ，４Ｂは、内部にヒータを有している。
【００５２】
次に、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時における燃料の流れについて説明する。
燃料は、配管２０から加湿器４Ａへと導かれる。加湿器４Ａには、水（液体）が貯蔵されている。配管２０の先端は、加湿器４Ａ内に貯蔵されている水中に開口している。加湿器４Ａに導かれた燃料は、加湿器４Ａ内に貯蔵されている水中に吹き込まれる。加湿器４Ａ内に貯蔵されている水に吹き込まれた燃料は、加湿器４Ａ内で気泡となる。気泡となった燃料は、水によって加湿される。加湿された燃料は、加湿器４Ａ内の上部に貯まる。加湿器４Ａ内の上部に貯まった加湿された燃料は、加湿器４Ａの上部に接続されている配管２７へと導かれる。
【００５３】
配管２７に導出された加湿された燃料は、加湿器４Ｂへと導かれる。加湿器４Ｂは、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時には、内部に水が貯蔵されていない。加湿器４Ｂに導かれた加湿された燃料は、加湿器４Ｂにおいて再加湿されることなく、加湿器４Ｂ内に溜まる。加湿器４Ｂ内に溜まった加湿された燃料は、配管２１を経て固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。
【００５４】
固体酸化物形燃料電池２に導かれた加湿された燃料は、上述したように改質器の触媒上で水蒸気改質反応を行い、その後、固体酸化物形燃料電池２の本体へ導かれる。固体酸化物形燃料電池２の本体に導かれた燃料は、酸素と電気化学反応を行って再循環燃料となって固体酸化物形燃料電池２から配管２２へと導出される。
【００５５】
配管２２に導出された再循環燃料の一部は、再循環ブロア６によって吸引されて配管２３へと導かれる。配管２３に導かれた再循環燃料は、再循環ブロア６および制御弁７を経て配管２４へと導出される。配管２４に導出された再循環燃料は、配管２７から導かれる加湿器４Ａによって加湿された燃料と合流する。配管２７に合流した再循環燃料と、加湿された燃料とは、内部に水を有していない加湿器４Ｂを経て固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。
【００５６】
次に、固体酸化物形燃料電池システム１の緊急運転時における燃料の流れについて説明する。
加湿器４Ｂは、固体酸化物形燃料電池システム１の緊急運転時には、ドレン管８Ｂに設けられている開閉弁９Ｂが閉状態とされて、加湿器４Ｂ内部には、図示しない給水管から水が注入される。これにより、加湿器４Ｂには、水が貯蔵される。
【００５７】
水が貯蔵された加湿器４Ｂには、加湿器４Ａを通過して加湿された燃料および再循環燃料が配管２７から導かれる。加湿器４Ｂに導かれた再循環燃料には、水蒸気が再度添加される。また、加湿器４Ａを通過して加湿された燃料は、加湿器４Ｂにおいて再加湿される。
【００５８】
加湿器４Ｂにおいて再加湿された燃料および水蒸気が再添加された再循環燃料は、加湿器４Ｂの上部に溜まる。加湿器４Ｂの上部に溜まった再加湿された燃料および水蒸気が再添加された再循環燃料は、加湿器４Ｂの上部に設けられている配管２１へと導出される。配管２１に導出された再加湿された燃料および水蒸気が再添加された再循環燃料は、固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。
【００５９】
次に、固体酸化物形燃料電池２の本体内部を冷却する場合における燃料の流れについて説明する。
固体酸化物形燃料電池２の本体内を冷却するために、加湿器４Ｂに水を貯蔵する。固体酸化物形燃料電池２から配管２３、再循環ブロア６および制御弁７を経て配管２４へと導かれた再循環燃料は、配管２７に合流される。配管２７に合流された再循環ガスは、加湿器４Ａによって加湿された燃料と共に加湿器４Ｂへと導かれる。
【００６０】
加湿器４Ｂでは、貯蔵されている水の温度がヒータによって調整される。加湿器４Ｂに貯蔵されている水の温度を調整することによって、加湿器４Ｂ内の水の温度と圧力から飽和分が決まる。水の飽和分が決まるので、加湿器４Ｂに導かれる再循環燃料中の水蒸気量を調整することができる。
【００６１】
加湿器４Ｂ内で水蒸気量が調整された再循環燃料は、配管２１から固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。加湿器４Ｂによって再循環燃料の水蒸気量を調整することによって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量を、再循環燃料中および燃料中の炭素量に対して所定の割合にすることができる。
【００６２】
発電によって固体酸化物形燃料電池２内に生じた熱は、固体酸化物形燃料電池２に導かれた水蒸気量が調整された再循環燃料によって冷却される。
【００６３】
以上の通り、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムによれば、以下の作用効果を奏する。
加湿器４Ａ，４Ｂは、２つ設け、下流側の加湿器４Ｂに制御弁７からの燃料を導くこととしたので、下流側の加湿器４Ｂには、制御弁７からの燃料だけでなく上流側の加湿器４Ａからの燃料も導かれる。したがって、下流側の加湿器４Ｂによって最終的に必要な加湿量を決定することができる。そして、固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じて各加湿器４Ａ，４Ｂによる加湿状態が変更可能とされるので、固体酸化物形燃料電池システム１を固体酸化物形燃料電池２の運転負荷変化に応じて運転することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  固体酸化物形燃料電池システム
２  固体酸化物形燃料電池
３  加湿手段
【図１】
2011138630.tif 000003
【図２】
2011138630.tif 000004