(57)【要約】【課題】燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガスを再利用する場合に、当該アノードオフガスにおける炭素の析出を抑制する。【解決手段】燃料電池システム１０Ａは、炭化水素系の原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部１４と、燃料ガスと空気とを反応させて発電する第１燃料電池セルスタック１６と、第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａから排出されたアノードオフガスから、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成する燃料再生部２２と、を備えている。熱交換部３０は、第１アノード１６Ａから燃料再生部２２へアノードオフガスを送出するアノードオフガス路Ｐ７と、燃料再生部２２から再生燃料ガスを送出する再生燃料ガス管Ｐ９とで熱交換を行う。再生燃料ガス管Ｐ９の熱交換部３０よりも上流側には、再生燃料ガス管Ｐ９を分岐させる多段分岐部３４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、
前記燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスから、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成する燃料再生部と、
前記アノードから前記燃料再生部へ前記アノードオフガスを送出するアノードオフガス路と、
前記燃料再生部から前記再生燃料ガスを送出する再生燃料ガス路と、
前記アノードオフガス路と前記再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる熱交換部と、
前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記再生燃料ガス路を分岐させる分岐部及び前記再生燃料ガス路と合流する合流部の少なくとも一方が形成された低温枝部と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記再生燃料ガスと空気とを反応させて発電するガス流路が並列接続された複数の第２燃料電池セルスタックを有し、
前記低温枝部は、前記複数の第２燃料電池セルスタックの各々の第２アノードへ前記再生燃料ガスを供給するように前記再生燃料ガス路を分岐する多段分岐部を含んで構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記多段分岐部よりも下流側且つ前記熱交換部よりも上流側の分岐された前記再生燃料ガス路の少なくとも一方には、前記再生燃料ガスの流量を制御する流量調整部が設けられている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記低温枝部は、前記アノードオフガス路から分岐されて前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に合流されたバイパス路の合流部を含んで構成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記バイパス路は、前記アノードオフガス路の前記熱交換部よりも下流側で分岐されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記アノードオフガス路には、前記熱交換部よりも下流側に前記アノードオフガスを冷却するラジエータが設けられ、前記バイパス路は、前記ラジエータより上流側で前記アノードオフガス路から分岐する、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
炭化水素及び水素を含む燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスを燃料再生部へ供給して二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成し、
前記再生燃料ガスを複数路に分岐させ、
前記複数路に分岐した前記再生燃料ガスと前記燃料再生部へ供給される前の前記アノードオフガスとの間で熱交換を行い、
前記再生燃料ガスを発電に供する、
燃料送出方法。
【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、及び燃料送出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、炭化水素系の原料を燃料電池システム内で改質して水素や一酸化炭素（以下これらをまとめて「燃料ガス」という）を得ることがある。水蒸気改質や二酸化炭素改質、あるいは部分酸化改質による改質により水素や一酸化炭素を生成して、これらを燃料として燃料電池セルスタックで化学反応により発電する場合、燃料電池セルスタックの燃料極からアノードオフガスが排出される。このアノードオフガスを後段の燃料電池セルスタックで再利用する多段式の燃料電池システム（特許文献１参照）では、燃料ガスを再利用することにより、発電効率を高くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１５４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、アノードオフガスには、炭化水素系燃料や一酸化炭素が含まれており、これらの熱分解等による炭素の析出が懸念される。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガスを再利用する場合に、当該アノードオフガスにおける炭素の析出を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る燃料電池システムは、炭化水素系の原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、前記燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスから、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成する燃料再生部と、前記アノードから前記燃料再生部へ前記アノードオフガスを送出するアノードオフガス路と、前記燃料再生部から前記再生燃料ガスを送出する再生燃料ガス路と、前記アノードオフガス路と前記再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる熱交換部と、前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記再生燃料ガス路を分岐させる分岐部及び前記再生燃料ガス路と合流する合流部の少なくとも一方が形成された低温枝部と、を備えている。
【０００７】
請求項１に係る燃料電池システムでは、熱交換部でアノードオフガス路と再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる。アノードオフガス路を流れるガスは、熱交換部で冷却される。また、再生燃料ガス路を流れるガスは、熱交換部で加熱される。再生燃料ガス路には、低温枝部が形成されている。低温枝部は、再生燃料ガス路を分岐させる分岐部、及び、再生燃料ガス路と合流する合流部の少なくとも一方が形成されたものである。この低温枝部を形成する分岐部や合流部では、ガスの流れに変化が生じるため、炭素の析出が生じやすい。また、炭素の析出は、温度に依存し、燃料電池セルスタックの作動温度に近い高温で生じやすい。そこで、本発明では、再生燃料ガス路における熱交換部の上流側に低温枝部を形成している。これにより、再生燃料ガス路を流れるガスについて、加熱される前の比較的炭素の析出が生じ難い温度で分岐または合流させ、分岐部や合流部での炭素の析出を抑制することができる。すなわち、炭素の析出が生じやすいアノードオフガスの温度条件と流れの変化の両方が揃わないようにして、炭素の析出を抑制することができる。
【０００８】
本発明の請求項２に係る燃料電池システムは、前記再生燃料ガスと空気とを反応させて発電するガス流路が並列接続された複数の第２燃料電池セルスタックを有し、前記低温枝部は、前記複数の第２燃料電池セルスタックの各々の第２アノードへ前記再生燃料ガスを供給するように前記再生燃料ガス路を分岐する多段分岐部を含んで構成されている。
【０００９】
請求項２に係る燃料電池システムは、再生燃料ガスと空気とを反応させて発電する複数の第２燃料電池セルスタックを有する、所謂多段式の燃料電池システムである。複数の第２燃料電池セルスタックは、並列接続されている。ガス供給の流路を並列接続することにより、圧力損失を抑制することができる。この燃料電池システムにおいて、再生燃料ガス路の多段分岐部を熱交換部の第２燃料電池セルスタックの第２アノードから遠い低温側に配置することにより、再生燃料ガス路における炭素の析出を抑制することができる。
【００１０】
本発明の請求項３に係る燃料電池システムは、前記多段分岐部よりも下流側且つ前記熱交換部よりも上流側の分岐された前記再生燃料ガス路の少なくとも一方には、前記再生燃料ガスの流量を制御する流量調整部が設けられている。
【００１１】
請求項３に係る燃料電池システムによれば、流量調整部により、分岐された再生燃料ガス路の各々における再生燃料ガスの流量分配を制御することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に係る燃料電池システムは、前記低温枝部が、前記アノードオフガス路から分岐されて前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に合流されたバイパス路の合流部を含んで構成されている。
【００１３】
請求項４に係る燃料電池システムでは、アノードオフガス路から分岐されたバイパス路が再生燃料ガス路の熱交換部よりも上流側に合流された合流部が低温枝部として形成されている。このように、再生燃料ガス路の合流部を熱交換部の第２燃料電池セルスタックから遠い低温側に配置することにより、再生燃料ガス路における炭素の析出を抑制することができる。
【００１４】
本発明の請求項５に係る燃料電池システムは、前記バイパス路は、前記アノードオフガス路の前記熱交換部よりも下流側で分岐されている。
【００１５】
請求項５に係る燃料電池システムでは、アノードオフガス路において熱交換部の低温側である下流側で分岐されているので、アノードオフガス路における炭素の析出を抑制することができる。
【００１６】
本発明の請求項６に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス路には、前記熱交換部よりも下流側に前記アノードオフガスを冷却するラジエータが設けられ、前記バイパス路は、前記ラジエータより上流側で前記アノードオフガス路から分岐する。
【００１７】
請求項６に係る燃料電池システムでは、バイパス路は、ラジエータより上流側でアノードオフガス路から分岐するので、バイパス時にアノードオフガスの温度を必要以上に低下させずに、第２燃料電池セルスタックへ供給することができる。これにより、システム内における熱ロスが少なくなり、昇温のために投入する燃料ガスを少なくすることができ、発電効率を高くすることができる。
【００１８】
請求項７に係る燃料送出方法は、炭化水素及び水素を含む燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスを燃料再生部へ供給して二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成し、前記再生燃料ガスを複数路に分岐させ、前記複数路に分岐した前記再生燃料ガスと前記燃料再生部へ供給される前の前記アノードオフガスとの間で熱交換を行い、前記再生燃料ガスを発電に供する。
【００１９】
請求項７に係る燃料送出方法によれば、アノードオフガスとの熱交換により加熱される前の比較的炭素の析出が生じ難い温度で再生燃料ガスを複数路に分岐する。したがって、ガスの流れに変化が生じるために炭素の析出が生じやすい分岐部分における炭素の析出を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る燃料電池システム、及び燃料送出方法によれば、燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガスを再利用する場合に、当該アノードオフガスにおける炭素の析出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの主要部の構成図である。
【図２】第１実施形態の変形例に係る燃料電池システムの主要部の構成図である。
【図３】第２実施形態に係る燃料電池システムの主要部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１には、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａの主要構成の概略が示されている。本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａは、主要な構成として、気化器１２、改質器１４、第１燃料電池セルスタック１６、第２−１燃料電池セルスタック１８、第２−２燃料電池セルスタック１９、燃焼部２０、燃料再生部２２、原料供給ブロワ２４、水供給ポンプ２６、空気ブロワ２８、熱交換部３０を備えている。
【００２３】
気化器１２には、原料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、原料ガス管Ｐ１の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、原料供給ブロワ２４によりメタンが気化器１２へ送出される。また、気化器１２には、水供給管Ｐ２が接続されており、水供給ポンプ２６により、水（液相）が気化器１２へ送出される。気化器１２では、水が気化される。気化には、後述する燃焼部２０からの燃焼排ガスの熱が用いられる。
【００２４】
なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、石炭改質ガス、バイオガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数４以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは天然ガス、都市ガス、ＬＰガス等のガスであってもよい。原料ガスに不純物が含まれる場合、脱硫器等が必要になるが、図では省略されている。
【００２５】
メタン及び水蒸気は、気化器１２から配管Ｐ３を介して改質器１４へ送出される。改質器１４は、燃焼部２０と隣接されており、燃焼部２０との間で熱交換を行うことで加熱される。
【００２６】
改質器１４は、第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａと接続されている。改質器１４では、メタンを改質し、水素や一酸化炭素を含む燃料ガスが生成される。改質器１４で生成された燃料ガスは、燃料ガス管Ｐ４を介して第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａに供給される。
【００２７】
第１燃料電池セルスタック１６は固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり、積層された複数の燃料電池セルを有している。本実施形態では、作動温度が６００℃〜７５０℃程度とされている。個々の燃料電池セルは、電解質層と、当該電解質層の表裏面にそれぞれ積層された第１アノード１６Ａ、及び第１カソード１６Ｂと、を有している。
【００２８】
なお、後述する第２−１燃料電池セルスタック１８、第２−２燃料電池セルスタック１９についての基本構成は、第１燃料電池セルスタック１６と同様であり、第１アノード１６Ａに対応する第２−１アノード１８Ａ、第２−２アノード１９Ａ、及び第１カソード１６Ｂに対応する第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂを有している。
【００２９】
第１燃料電池セルスタック１６の第１カソード１６Ｂには、空気管Ｐ５の一端が接続されており、空気管Ｐ５の他端に接続された空気ブロワ２８により空気が供給される。第１カソード１６Ｂでは、下記（１）式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通って第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａに到達する。
【００３０】
（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２−  …（１）
【００３１】
また、第１カソード１６Ｂには、カソードオフガスを排出するカソードオフガス管Ｐ６の一端が接続されている。カソードオフガス管Ｐ６は、第１カソードオフガス管Ｐ６−１と第２カソードオフガス管Ｐ６−２に分岐されている。第１カソードオフガス管Ｐ６−１は、第１カソード１６Ｂから排出されるカソードオフガスを第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１カソード１８Ｂへ案内する。第２カソードオフガス管Ｐ６−２は、第１カソード１６Ｂから排出されるカソードオフガスを第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２カソード１９Ｂへ案内する。
なお、本実施形態では、第１カソード１６Ｂから排出されるカソードオフガスを第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂへ案内したが、空気管Ｐ５から直接、第１カソード１６Ｂ、第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂへ空気が供給される構成としてもよい。  
【００３２】
一方、第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａでは、下記（２）式及び（３）式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。第１アノード１６Ａで生成された電子が第１アノード１６Ａから外部回路を通って第１カソード１６Ｂに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。また、各燃料電池セルは、発電時に発熱する。
【００３３】
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …(２)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ−  …(３)
【００３４】
第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａにはアノードオフガス管Ｐ７の一端が接続されており、アノードオフガス管Ｐ７には、第１アノード１６Ａからアノードオフガスが排出される。アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。
【００３５】
なお、本発明の燃料電池としては、固体酸化物形の燃料電池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)に限られるものではなく、他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)であってもよい。第２実施形態でも同様である。
【００３６】
アノードオフガス管Ｐ７の他端は、熱交換部３０を経て燃料再生部２２と接続されている。アノードオフガス管Ｐ７の熱交換部３０よりも下流側には、ラジエータ３２が設けられている。ラジエータ３２により、アノードオフガスの冷却調整が可能とされている。
【００３７】
燃料再生部２２は、アノードオフガスから二酸化炭素及び水の少なくとも一方を除去する機能を有しており、凝縮器や分離膜等を用いて構成することができる。本実施形態では、凝縮器を用いる。
【００３８】
燃料再生部２２の出口側には、再生燃料ガス管Ｐ９の一端が接続されている。再生燃料ガス管Ｐ９は、熱交換部３０よりも上流側で、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２に分岐されている。以下、当該分岐部分を「多段分岐部３４」と称する。多段分岐部３４では、分配管等で分岐を構成することができる。第１再生燃料ガス管Ｐ９−１は、熱交換部３０を経て、第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａと接続されている。第２再生燃料ガス管Ｐ９−２は、熱交換部３０を経て、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａと接続されている。二酸化炭素及び水の少なくとも一方が除去されたアノードオフガスは、再生燃料ガスとなって、第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａ、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａに供給される。
なお、第１実施形態では、後段の第２燃料電池セルスタックを２個としているが、３個以上であってもよい。
【００３９】
熱交換部３０では、アノードオフガスと第１再生燃料ガス管Ｐ９−１、第２再生燃料ガス管Ｐ９−２の各々を流れる再生燃料ガスとの間で熱交換が行われる。ここでは、アノードオフガスが冷却され、再生燃料ガスが加熱される。
【００４０】
第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａ及び第２−１カソード１８Ｂ、及び、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａ及び第２−２カソード１９Ｂでは、第１燃料電池セルスタック１６と同様の反応により発電が行われる。第２−１アノード１８Ａ、第２−１カソード１８Ｂ、第２−２アノード１９Ａ、第２−２カソード１９Ｂから排出された使用済のガスは、アノードオフ燃焼導入管Ｐ１１−１、カソードオフ燃焼導入管Ｐ１２−１、アノードオフ燃焼導入管Ｐ１１−２、カソードオフ燃焼導入管Ｐ１２−２により燃焼部２０へ送出され、燃焼部２０で焼却に供される。本実施形態の燃料電池システム１０Ａは、第１燃料電池セルスタック１６で使用された燃料であるアノードオフガスが再生されて、燃料ガスとして第２−１燃料電池セルスタック１８、第２−２燃料電池セルスタック１９で再利用される多段式の燃料電池システムとなっている。
【００４１】
燃焼部２０からは、燃焼排ガスが送出される。燃焼排ガスは、燃焼排ガス管Ｐ１０内を流通し、気化器１２での熱交換を経て排出される。
【００４２】
燃料電池システム１０Ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を含んで構成された制御部（不図示）によって全体が制御されており、制御部のメモリには、ラジエータ３２の制御や、通常運転時の処理に必要なデータや手順等が記憶されている。
【００４３】
次に、本実施形態の燃料電池システム１０Ａの動作について説明する。
【００４４】
空気ブロワ２８からは、所定の空気吐出量で空気が送出され、第１カソード１６Ｂへ供給され、発電に供される。第１カソード１６Ｂからは、カソードオフガスがカソードオフガス管Ｐ６へ排出され、第１カソードオフガス管Ｐ６−１を経て第２−１カソード１８Ｂへ送出されると共に、第２カソードオフガス管Ｐ６−２を経て第２−２カソード１９Ｂへ送出される。そして、カソードオフガスは、第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂで発電に供された後、カソードオフガス管Ｐ１２−１、Ｐ１２−２を経て燃焼部２０へ送出される。
【００４５】
一方、原料供給ブロワ２４により所定の吐出量で送出されたメタンは、原料ガス管Ｐ１を経て気化器１２へ供給される。また、水供給ポンプ２６により所定の吐出量で送出された水（液相）は、水供給管Ｐ２を経て気化器１２へ供給される。気化器１２へ供給された水及びメタンは、燃焼排ガスとの熱交換により加熱される。これにより水は気化され、加熱されたメタンと水蒸気は、配管Ｐ３を経て改質器１４へ送出される。そして、改質器１４で改質され、改質器１４から燃料ガスが燃料ガス管Ｐ４を経て第１アノード１６Ａへ供給され、発電に供される。第１アノード１６Ａからは、未反応の水素、一酸化炭素等の燃料を含むアノードオフガスがアノードオフガス管Ｐ７へ排出される。
【００４６】
アノードオフガスは、燃料再生部２２の上流側に設けられた熱交換部３０およびラジエータ３２において、熱交換により冷却される。すなわち、アノードオフガスは、熱交換部３０で、再生燃料ガスとの熱交換により再生燃料ガスを加熱して熱を奪われ、その後、ラジエータ３２でも冷却される。これにより、アノードオフガス中の水が凝縮される。
【００４７】
燃料再生部２２には、アノードオフガスから凝縮により分離された水（液相）が貯留される。貯留された水は、気化器１２へ送出して再利用してもよいし、廃棄してもよい。水が除去された再生燃料ガスは、燃料再生部２２から再生燃料ガス管Ｐ９へ送出され、多段分岐部３４において、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２とに分岐される。第１再生燃料ガス管Ｐ９−１、第２再生燃料ガス管Ｐ９−２の各々を流れる再生燃料ガスは、熱交換部３０を経て、第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａ、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａへ各々送出され、発電に供される。第２−１アノード１８Ａからは、アノードオフガスがアノードオフガス管Ｐ１１−１を通って燃焼部２０へ送出され、第２−２アノード１９Ａからは、アノードオフガスがアノードオフ燃焼導入管Ｐ１１−２を通って燃焼部２０へ送出される。
【００４８】
燃焼部２０では、アノードオフガスが燃焼に供され、燃焼による熱で改質器１４が加熱される。燃焼部２０からは、燃焼排ガスが燃焼排ガス管Ｐ１０へ送出され、気化器１２においてメタン及び水との間で熱交換が行われる。メタン及び水は加熱され、燃焼排ガスは冷却される。そして、燃焼排ガスは、外部へ排出される。
【００４９】
本実施形態では、燃料再生部２２で水が除去されて生成された再生燃料ガスの分岐が、熱交換部３０よりも上流側の多段分岐部３４で行われる。この多段分岐部３４における再生燃料ガスの温度は、アノードオフガスが水凝縮のために冷却された後、熱交換部３０で昇温前の温度である。
【００５０】
再生燃料ガスは、凝縮により水が除去されて含有水分量が減少しているため、炭素析出が生じやすい。さらに、再生燃料ガスが分岐する部分では、ガスの流れに変化が生じることから炭素析出しやすくなる。本実施形態では、再生燃料ガスが炭素析出し難い温度で通過する部分（熱交換部３０よりも上流側）に多段分岐部３４を設けている。したがって、再生燃料ガスに含まれるメタンや一酸化炭素が熱分解等により炭素析出することを抑制することができる。
【００５１】
なお、熱交換部３０よりも上流側に多段分岐部３４を設けることにより、図２に示すように、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２の各々の熱交換部３０よりも上流側に流量調整バルブＦＶ１、ＦＶ２を設けることができる。これにより、流量調整バルブを設けて、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２への流量分配の制御を行う場合でも、炭素の析出を抑制することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の燃料電池システム１０Ｂは、図３に示すように、第１実施形態の第２−２燃料電池セルスタック１９を有しておらず、後段の燃料電池セルスタックとして、第２−１燃料電池セルスタック１８のみを有している。本実施形態では、第１実施形態の第２−１燃料電池セルスタック１８を「第２燃料電池セルスタック１８」と称する。なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、第２燃料電池セルスタックを複数備えてもよい。
【００５４】
アノードオフガス管Ｐ７と再生燃料ガス管Ｐ９の間には、熱交換部３０よりも燃料再生部２２側で両者を接続するバイパス路Ｐ８が設けられている。バイパス路Ｐ８の一端は、アノードオフガス管Ｐ７の熱交換部３０よりも下流側に接続されており、バイパス路Ｐ８の他端は、再生燃料ガス管Ｐ９の熱交換部３０よりも上流側に接続されている。バイパス路Ｐ８のアノードオフガス管Ｐ７との接続部分を「バイパス分岐部３８Ａ」と称し、バイパス路Ｐ８と再生燃料ガス管Ｐ９との接続部分を「バイパス合流部３８Ｂ」と称する。
【００５５】
アノードオフガス管Ｐ７のバイパス分岐部３８Ａよりも下流側、ラジエータ３２よりも上流側には、開閉バルブＶ１が設けられている。バイパス路Ｐ８には、開閉バルブＶ２が設けられている。再生燃料ガス管Ｐ９のバイパス合流部３８Ｂよりも上流側には。開閉バルブＶ３が設けられている。
なお、本実施形態では、開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３による構成としたが、バイパス分岐部３８Ａおよびバイパス合流部３８Ｂに三方バルブを設けてもよい。
【００５６】
定常運転時などの、通常時には、アノードオフガスを燃料再生部２２へ供給して再生燃料ガスを生成する。この時、開閉バルブＶ２は閉鎖し、開閉バルブＶ１、Ｖ３は開放する。一方、水凝縮を行わない場合や、燃料再生部２２の保守等の場合には、アノードオフガスをバイパス路Ｐ８へ流して、燃料再生部２２を経由させずに第２アノード１８Ａへ供給する。この時、開閉バルブＶ２は開放し、開閉バルブＶ１、Ｖ３は閉鎖する。
【００５７】
本実施形態では、ガスの流れに変化を生じさせるバイパス分岐部３８Ａ、バイパス合流部３８Ｂや、開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３が、熱交換部３０の低温側（アノードオフガス管Ｐ７では熱交換部３０の下流側、再生燃料ガス管Ｐ９では熱交換部３０の上流側）に設けられている。したがって、再生燃料ガスを炭素析出し難い温度で通過させることができ、メタンや一酸化炭素が熱分解等により炭素析出することを抑制することができる。
【００５８】
なお、本発明は、第１、第２実施形態を適宜組み合わせてもよいし、本発明の技術的思想内で、当業者によって、既知の装置を組み合わせて実施することができる。例えば、熱交換器の設置、組み合わせなどを、種々に設定することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０Ａ、１０Ｂ  燃料電池システム
１１   配管
１４   改質器（改質部）
１６   第１燃料電池セルスタック（燃料電池セルスタック）
１６Ａ 第１アノード
１６Ｂ カソード
１８   第２−１燃料電池セルスタック
１８Ａ 第２−１アノード
１９   第２−２燃料電池セルスタック
１９Ａ 第２−２アノード
２０   燃焼部
２２   燃料再生部
３０   熱交換部
３２   ラジエータ
３４   多段分岐部（低温枝部）
３８Ａ バイパス分岐部
３８Ｂ バイパス合流部（低温枝部）
Ｐ７   アノードオフガス管（アノードオフガス路）
Ｐ８   バイパス路
Ｐ９   再生燃料ガス管（再生燃料ガス路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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