(57)【要約】【課題】ＳＯＦＣからの利用済み燃料をリサイクルさせて利用するに際して、エジェクタを用いる場合には必要な背圧、あるいは負荷変動に依存せずにリサイクル率を制御できるＳＯＦＣシステムを得る。【解決手段】固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に原燃料を混合した利用済み燃料を冷熱源とする熱交換器とブロワ、ファンまたはポンプを配置し、原燃料を混合した利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管にブロワ、ファンまたはポンプを配置し、該ブロワ、ファンまたはポンプを介して利用済み燃料を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記利用済み燃料のリサイクル用導管に配置したブロワ、ファンまたはポンプの前で、利用済み燃料を冷却するようにしてなることを特徴とする請求項１の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に原燃料を混合した利用済み燃料を冷熱源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置し、原燃料を混合した利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を熱源とし原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置し、利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、原燃料と混合し、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を熱源とし原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置し、利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介し、その後原燃料と混合して熱交換器で加温ようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を冷熱源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用のブロワ、ファンまたはポンプを配置し、利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワまたはファンを介して熱交換器で加温し、その後原燃料と混合するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
請求項３〜６に記載の固体酸化物形燃料電池システムにおいて、ブロワ、ファンまたはポンプの前に冷却機構を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却機構が、（１）長い配管経路を通すことにより外部への放熱で冷やす、（２）外部から空気冷却する、（３）外部から水冷する、（４）還元性ガスを利用済み燃料と一緒に混ぜる、（５）不活性ガスを利用済み燃料と一緒に混ぜる、または（６）ＳＯＦＣへの導入空気及び導入燃料のうちいずれか一方または両方と熱交換して冷やすことによる冷却機構であることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項９】
前記熱交換器が、ブリッジ熱交換器であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１０】
前記原燃料が炭化水素、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油、アルコール類またはジメチルエーテルであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせ、原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体酸化物形燃料電池〔ＳＯＦＣ（＝Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）：以下適宜ＳＯＦＣと略称する〕は、作動温度が８００〜１０００℃の範囲、通常１０００℃程度と高い。ＳＯＦＣの単電池すなわちセルは固体酸化物電解質を挟んで燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置され、燃料極／電解質（＝固体酸化物電解質）／空気極の３層ユニットで構成される。図１はその構成を原理的に説明する図である。
【０００３】
空気極に導入される空気中の酸素は空気極で酸化物イオン（Ｏ２−）となり、固体酸化物電解質を通って燃料極に至る。ここで、燃料極に導入される燃料と反応して電子を放出し、電気と水等の反応生成物を生成する。空気極での利用済み空気は空気極オフガスとして排出され、燃料極での利用済み燃料は、未利用の燃料及び水蒸気や二酸化炭素等の反応生成物を含む燃料極オフガスとして排出される。単電池１個の電圧は低いため、通常、単電池を複数層積層して構成される。
【０００４】
ＳＯＦＣには円筒方式（＝円筒型）や平板方式（＝平板型）などがあるが、図２は円筒型ＳＯＦＣの構成例の概略を示す図である。図２中左側の図のとおり、ケーシング１内に複数個の円筒型セルが支持、配置される。ケーシング１はケーシング２内に収容され、ケーシング２はその上部でヘッダーを形成している。各円筒型セルは内管と外管との２重管からなり、外管が電解質材料で構成されている。
【０００５】
内管は空気供給管で、外管内に間隔を置いて配置されている。空気は、空気供給用ヘッダーに導入され、ここから各内管内を通り、その下部で折り返して、内管と外管との間を上方へ流通する。一方、燃料は、ケーシング１の下部から導入され、各外管すなわち各円筒型セルの外側を上方へ流通し、各セルの燃料側すなわち燃料が流れている側で空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【０００６】
ところで、ＳＯＦＣにおいては、炭化水素等の燃料を改質し、改質ガス中の水素及び一酸化炭素（ＣＯ）が電気化学反応に寄与する。しかし改質ガス中の水素及び一酸化炭素は、その全部を発電に利用することはできない。ＳＯＦＣにおいては、通常、供給された燃料のうち８０〜９０％（容量％、以下同じ）が利用され、残りの１０〜２０％は未利用のままＳＯＦＣ外に排出される。
【０００７】
このため、利用済み燃料中の未利用の燃料は未利用の空気により燃焼させて排出される。図２の例では、ケーシング１内の上部において、未利用の燃料が未利用の空気により燃焼し排ガスとして排出される。図２中右側の図は、ケーシング１内上方の一部を拡大して示す図で、ＳＯＦＣで未利用の燃料に含まれる水素及び一酸化炭素の燃焼状況を示している。
【０００８】
燃料がメタンである場合、改質ガス中の水素と一酸化炭素の組成（モル）比は３：１であり（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ）、発電に使用した水素は水蒸気になり、一酸化炭素は二酸化炭素になる。このようにＳＯＦＣでの利用済み燃料には未利用の水素及び一酸化炭素のほか、水蒸気などの他のガスも含まれている。図３は平板型ＳＯＦＣの構成例であるが、以上の点は、図３のような平板型のＳＯＦＣなどの場合も同様である。
【０００９】
改質ガスの生成には、セルの内部で改質する内部改質方式と、別途設けた改質器で改質した後、セルに導入する外部改質方式とがある。内部改質方式のＳＯＦＣでは、燃料、例えばメタンを直接セルの内部（燃料極）で改質反応を行わせるために、メタンの量に合わせて一定量の水を同時に供給する必要がある。別途、水の供給系を設置することも可能であるが、利用済み燃料中に含まれる水蒸気を利用することも考えられている。
【００１０】
図４は、利用済み燃料をリサイクルするタイプのＳＯＦＣの概略を示す図である。利用済み燃料は、通常エジェクタを介して新たに供給する燃料（本明細書中、ＳＯＦＣに新たに供給する燃料を原燃料という）に混合される。図４のとおり、利用済み燃料をリサイクルするタイプのＳＯＦＣでは、未利用の水素、一酸化炭素に加えて、発電時に発生した水蒸気や二酸化炭素もリサイクルすることになる。循環された水素、一酸化炭素は燃料として利用され、循環された水蒸気はＳＯＦＣに新たに供給される燃料の改質用に利用される。
【００１１】
上記のようにＳＯＦＣからの利用済み燃料をリサイクルして利用する場合には、通常、エジェクタを介してＳＯＦＣに導入する原燃料に混合される。エジェクタの場合は原燃料または水蒸気が駆動源（第一流体）となり、３００ｋＰａＧ以上の高圧に昇圧する必要がある。このため原燃料の昇圧装置も必要となる。加えて、利用済み燃料は高温であるため、それら機器の構成材料には、高度の耐熱性が要求されるため、高価になってしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、利用済み燃料をリサイクルさせるための駆動源としてブロワ、ファンまたはポンプを用いることにより、背圧あるいは負荷変動に依存せずにリサイクル率を制御できるようにしてなる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し、また、ブロワ、ファンまたはポンプとともに、利用済み燃料を冷却する熱交換器を用いることにより、より低温位置にブロワ、ファンまたはポンプを配置し、その耐熱性を軽減する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ものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管にブロワ、ファンまたはポンプを配置し、該ブロワ、ファンまたはポンプを介して利用済み燃料を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムを提供する。以下、この発明を本発明（Ａ）とする。
【００１４】
本発明は、固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器とブロワ、ファンまたはポンプを配置し、原燃料を混合した利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムを提供する。以下、この発明を本発明（Ｂ）とする。
【００１５】
本発明は、固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を熱源とし原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置し、利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、原燃料と混合し、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムを提供する。以下、この発明を本発明（Ｃ）とする。
【００１６】
本発明は、固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を熱源とし原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置し、利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介し、その後原燃料と混合して熱交換器で加温ようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムを提供する。以下、この発明を本発明（Ｄ）とする。
【００１７】
本発明は、固体酸化物形燃料電池からの利用済み燃料をリサイクルさせて原燃料に混合して利用する固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を冷熱源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用のブロワ、ファンまたはポンプを配置し、利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワまたはファンを介して熱交換器で加温し、その後原燃料と混合するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システムを提供する。以下、この発明を本発明（Ｅ）とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、利用済み燃料をリサイクルさせるための駆動源としてブロワ、ファンまたはポンプを用いることを基本的特徴とする。これにより、背圧あるいは負荷変動に依存せずにリサイクル率を制御できるようにしてなる固体酸化物形燃料電池システムである。
【００１９】
〈本発明（Ａ）の態様〉
図５は本発明（Ａ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図である。ＳＯＦＣでは都市ガス等の原燃料の改質ガスと空気の電気化学反応により発電する。ＳＯＦＣに導入する燃料の温度が７００℃程度である場合、ＳＯＦＣの燃料極オフガスすなわち利用済み燃料は約８００℃程度で排出される。利用済み燃料をリサイクルするが、本発明（Ａ）では、その駆動源としてリサイクル用導管にブロワ、ファンまたはポンプを配置するものである。
【００２０】
図５のとおり、ＳＯＦＣからの利用済み燃料はブロワ、ファンまたはポンプにより吸引され、該ブロワ、ファンまたはポンプを介して、原燃料に利用済み燃料が混合され、ＳＯＦＣの燃料極に供給される。このように、利用済み燃料のリサイクル用にブロワ、ファンまたはポンプを用いることにより、エジェクタを用いる場合に比べて、原燃料または水蒸気の供給圧力を格段に低下できるのに加え、背圧あるいは負荷変動に依存せずにリサイクル率を制御することができる。
【００２１】
すなわち、前述のとおり従来では、利用済み燃料は、通常、エジェクタを介して原燃料に混合されるが、エジェクタの場合には、原燃料または水蒸気が駆動源（第一流体）となり、３００ｋＰａＧ以上の高圧に昇圧する必要があり、このため原燃料または水蒸気の昇圧装置も必要となる。これに対して、本発明においては、利用済み燃料のリサイクル用にブロワ、ファンまたはポンプを配置するので、原燃料または水蒸気を高圧に昇圧する必要がなく、原燃料または水蒸気の昇圧装置も不要となる。
【００２２】
ブロワ、ファンまたはポンプとしては、ＳＯＦＣからの排出利用済み燃料の温度まで耐熱性がある高温ブロワ、高温ファンまたは高温ポンプを使用してもよいが、スタックからの利用済み燃料を、ブロワ、ファンまたはポンプに吸引する前に冷却することにより、通常の汎用のブロワ、ファンまたはポンプを用いるようにすることもできる。
【００２３】
まず、高温ブロワ、高温ファンまたは高温ポンプを使用する場合、ＳＯＦＣからの排出利用済み燃料の温度が７００℃である場合、７００℃程度まで耐熱性があるブロワ、ファンまたはポンプを使用し、ＳＯＦＣからの排出利用済み燃料の温度が１０００℃である場合、１０００℃程度まで耐熱性があるブロワ、ファンまたはポンプを使用する。高温ブロワ、高温ファンまたは高温ポンプの高温ガスが触れる箇所はインコネル合金、ハステロイ合金、Ｎｉ基合金、フェライト合金、オーステナイト合金、耐熱金属、セラミックスなどで構成されたものである。これらの軸受部はさらに高温となるので、水冷するか、ヒートパイプとファンなどにより冷却する。
【００２４】
次に、ＳＯＦＣからの利用済み燃料を、ブロワ、ファンまたはポンプに吸引する前に冷却して、通常の汎用のブロワ、ファンまたはポンプを用いるようにする場合、利用済み燃料を、例えば（１）長い配管経路を通すことにより外部への放熱で冷やす、（２）外部から空気冷却する、（３）外部から水冷する、（４）還元性ガスを利用済み燃料と一緒に混ぜる、（５）不活性ガスを利用済み燃料と一緒に混ぜる、（６）ＳＯＦＣへの導入空気及び導入燃料のうちいずれか一方または両方と熱交換して冷やす、というような冷却機構により冷却することにより、ブロワ、ファンまたはポンプとして例えば耐熱上限温度１２０℃程度の汎用のものを用いるようにすることができる。図６はこの場合の態様例を示す図である。上記（２）における空気、（３）における水、（６）における導入空気、導入燃料、等が図６に示す冷媒に相当する。このように、ＳＯＦＣからの利用済み燃料をブロワ、ファンまたはポンプで吸引する前に冷却する仕方は、本発明（Ｂ）〜（Ｅ）においても適宜適用することができ、これにより通常の汎用のブロワ、ファンまたはポンプを用いるようにすることができる。
【００２５】
〈本発明（Ｂ）の態様〉
図７は本発明（Ｂ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図である。図７のとおり、利用済み燃料のリサイクル用導管に原燃料を混合した利用済み燃料を冷熱源とする熱交換器とブロワ、ファンまたはポンプを配置する。そして、原燃料を混合した利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温するようにする。ブロワ、ファンまたはポンプは可燃性ガスを引き込むことになるので、キャンやマグネットカップリングでモータと可燃性ガスが充満するケーシングの間の気密をとる構成としておく。
【００２６】
熱交換器としては好ましくはブリッジ熱交換器が用いられる。ブリッジ熱交換器は、熱交換する流体用の２通路を有し、２通路は流体が相互に相対向するように配置される。一方の通路に高温流体を流通させて冷却し、他方の通路に当該冷却された流体を相対向するように流通させ、両流体間で間接的に熱交換させる。これにより、当該他方の通路に導入された当該冷却された流体は、一方の通路中を対向流で流通する高温流体により加熱される。本ブリッジ熱交換器の作動開始は、一方の通路を流通して出た高温流体を別途適当な冷却手段で冷却して、他方の通路に導入することで行われる。そして、両流体間で温度差が保たれた時点で、高温流体は、ブリッジ熱交換器自体で（当該ブリッジ熱交換器自体で冷却された後、他方の通路を流通する流体により）冷却され続け、当該冷却された流体はブリッジ熱交換器自体で（一方の通路を流通する高温流体により）加熱され続けることができる。
【００２７】
ここで、ブリッジ熱交換器では、上記のとおり、その作動開始時に、一方の通路を流通して出た高温流体を別途適当な冷却手段で冷却して他方の通路に導入して両流体間で温度差をつける必要がある。当該冷却手段は、その作動開始時に一時的に使用し、一度温度差がついた定常時以降は使用しないが、運転時に何らかの理由でブリッジ熱交換器での温度差が減少した場合にも一時的に使用する。当該冷却手段としては原料空気による冷却、原燃料による冷却その他適宜の手段を用いることができる。本ブリッジ熱交換器は本発明（Ｂ）〜（Ｅ）における熱交換器としても用いられる。
【００２８】
ＳＯＦＣからの利用済み燃料は、都市ガス等の原燃料を混合した後、熱交換器に導入され、熱交換器での熱源となり、自らは冷却される。熱交換器から出た原燃料を混合した利用済み燃料は、熱交換器に続き配置されたブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器に導入されて熱交換器での冷源となり、自らは加温されてＳＯＦＣの燃料極に導入される。
【００２９】
前述本発明（Ａ）の場合と同じく、本発明（Ｂ）においても、原燃料または水蒸気を高圧に昇圧する必要はなく、原燃料または水蒸気の昇圧装置は不要となる。また、利用済み燃料は高温であるが、本発明（Ｂ）では、ブロワ、ファンまたはポンプの前段すなわちＳＯＦＣ側に熱交換器を備えており、このため利用済み燃料は、熱交換器で冷却された後に、ブロワ、ファンまたはポンプを経ることになる。このように、ブロワ、ファンまたはポンプは、熱交換で例えば約１２０℃程度に冷却された利用済み燃料を吸引することになるので、一般の汎用ブロワ、ファンまたはポンプでよく、耐熱性材料で構成する必要がないので、本発明（Ａ）に比べても、さらに設備費用を低減させることができる。
【００３０】
〈本発明（Ｃ）の態様〉
図８は本発明（Ｃ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図である。図８のとおり、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を熱源とし、都市ガス等の原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器と利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置する。ＳＯＦＣからの利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、原燃料と混合する。原燃料を混合した利用済み燃料はブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器に導入され、ＳＯＦＣからの利用済み燃料を冷却した後、自らは加温されてＳＯＦＣの燃料極に導入される。
【００３１】
前述本発明（Ａ）〜（Ｂ）の場合と同じく、本発明（Ｃ）においても、原燃料を高圧に昇圧する必要はなく、原燃料の昇圧装置は不要となる。また、利用済み燃料は高温であるが、本発明（Ｃ）では、ブロワ、ファンまたはポンプには熱交換器を経て降温し、原燃料を混合した利用済み燃料を吸引することになる。したがって、ブロワ、ファンまたはポンプは、一般の汎用ブロワ、ファンまたはポンプでよく、耐熱性材料で構成する必要がないので、このため構成材料の点でも費用を低減させることができる。
【００３２】
〈本発明（Ｄ）の態様〉
図９は本発明（Ｄ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図である。図９のとおり、利用済み燃料のリサイクル用導管に利用済み燃料を熱源とし、都市ガス等の原燃料を混合した利用済み燃料を冷源とする熱交換器と、利用済み燃料引き込み用ブロワ、ファンまたはポンプを配置する。利用済み燃料は、熱交換器で冷却された後、ブロワ、ファンまたはポンプを介し、その後原燃料と混合されて熱交換器に導入され、ＳＯＦＣからの利用済み燃料を冷却した後、自らは加温されてＳＯＦＣの燃料極に導入される。
【００３３】
熱交換器では、ブロワ、ファンまたはポンプを経る前の利用済み燃料とブロワ、ファンまたはポンプを経た後の混合ガス（利用済み燃料＋原燃料）との熱交換になるが、熱交換器としてはいわゆるブリッシ熱交換器を使用することで、ブロワ、ファンまたはポンプを経る前の利用済み燃料を冷却し、且つ、ブロワ、ファンまたはポンプを経た後の混合ガスを加熱する。ブロワ、ファンまたはポンプを経て熱交換器で加熱された混合ガスはＳＯＦＣの燃料極に導入される。
【００３４】
本発明（Ｄ）においても、前述本発明（Ａ）〜（Ｃ）の場合と同じく、原燃料または水蒸気を高圧に昇圧する必要はなく、原燃料または水蒸気の昇圧装置は不要となる。また、利用済み燃料は高温であるが、本発明（Ｄ）では、ブロワ、ファンまたはポンプは、熱交換器を経て降温した利用済み燃料を吸引することになるため、一般の汎用ブロワまたはファンでよく、耐熱性材料で構成する必要がないので、その構成材料の点でも費用を低減させることができる。
【００３５】
〈本発明（Ｅ）の態様〉
図１０は本発明（Ｅ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図である。利用済み燃料をリサイクルして都市ガス等の原燃料に混合するが、図１０のとおり、利用済み燃料のリサイクル用導管に熱交換器とこれに続く利用済み燃料引き込み用のブロワ、ファンまたはポンプを配置する。ＳＯＦＣからの利用済み燃料を熱交換器で冷却した後、ブロワ、ファンまたはポンプを介して熱交換器で加温する。その後利用済み燃料に原燃料を混合する。
【００３６】
熱交換器では、ブロワ、ファンまたはポンプを経る前の利用済み燃料とブロワ、ファンまたはポンプを経た後の利用済み燃料との熱交換になるが、熱交換器として、いわゆるブリッシ熱交換器を使用することで、ブロワ、ファンまたはポンプを経る前の利用済み燃料を冷却し、且つ、ブロワ、ファンまたはポンプを経た後の利用済み燃料を加熱する。その後、加熱された利用済み燃料に原燃料を混合し、ＳＯＦＣの燃料極に導入する。
【００３７】
本発明（Ｅ）においても、前述本発明（Ａ）〜（Ｄ）の場合と同じく、原燃料を高圧に昇圧する必要はなく、原燃料の昇圧装置は不要となる。また、利用済み燃料は高温であるが、本発明（Ｅ）におけるブロワ、ファンまたはポンプは、熱交換器を経て降温した利用済み燃料を吸引することになるので、一般の汎用ブロワ、ファンまたはポンプでよく、耐熱性材料で構成する必要がないので、構成材料の点でも費用を低減させることができる。
【００３８】
本発明（Ａ）〜（Ｅ）に係るＳＯＦＣとしては、平板式や円筒式などとの形式に拘わらず使用でき、また作動温度が８００〜１０００℃程度と高いものはもちろん、支持膜式ＳＯＦＣのように８００℃程度以下、例えば７５０℃程度の温度で作動するモジュール（特願２００１−１４４０３４、特願２００１−１７６７３９、特願２００２−２８８４７等）を用いることができる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。図１１は本実施例のシステム構成を示す図である。ＳＯＦＣとして支持膜式ＳＯＦＣを用いた。本システム中各必要箇所に常法に従い温度センサを配置した。
【００４０】
本実施例は、本発明（Ｄ）すなわち図９の態様を実施するもので、図９、図１１のように、ブリッジ熱交換器と排気燃料リサイクル用ブロワを配置し、ＳＯＦＣからの利用済み燃料をブリッジ熱交換器で冷却した後、ブロワで吸引し、その後原燃料を混合して、ブリッジ熱交換器に通して加熱するように構成されている。ブロワで吸引することで利用済み燃料と原燃料が混合される。ブリッジ熱交換器を出た混合ガスは、予備改質器を経て、熱交換器で排気燃料と熱交換してさらに加熱され、ＳＯＦＣの燃料極に導入される。ブリッジ熱交換器は、コア型のプレートフィン熱交換器で、リサイクル利用済み燃料と都市ガス（原燃料）を混合したリサイクル利用済み燃料とを対向流で流通させるものである。
【００４１】
運転条件は以下のとおりである。ＳＯＦＣ発電電力：６３００Ｗ、電流密度：０．３Ａ／ｃｍ２、原燃料：都市ガス１３Ａ、都市ガス供給圧力：２．０ｋＰａＧ、酸化剤：空気、空気利用率：３０％、燃料利用率：８５％、利用済み燃料リサイクル率（リサイクルする利用済み燃料）：０．７（７０％）、空気及び燃料のＳＯＦＣへの導入温度：７０１℃、利用済み空気及び利用済み燃料のＳＯＦＣからの導出温度：８００℃。利用済み燃料リサイクル用のブロワとして軸受け部の耐熱性１２０℃の汎用空気ブロワを用い、モータと軸受けをステンレス鋼製のキャンでセパレートし気密をとった。
【００４２】
本システムの起動時には、リサイクル排気燃料を、冷却器（図１１参照）で、空気ブロワからの原料空気でリサイクル排気燃料を冷却し、排気燃料リサイクル用ブロワで引き込んだ。空気ブロワからの原料空気は、起動時以外は冷却器をバイパスさせた。なお、冷却器は、起動時以外で、運転時に何らかの理由でブリッジ熱交換器での温度差が減少した場合にも、バイパス中の原料空気の一部または全部を通して一時的に使用するようにした。
【００４３】
リサイクル利用済み燃料に脱硫器で脱硫した都市ガスを混合し、ブリッジ熱交換器を経て、予備改質器でエタン、プロパン、ブタン等のＣ２以上の炭化水素を改質し、熱交換器で排気燃料（利用済み燃料）と熱交換して７０１℃まで加温してＳＯＦＣの燃料極に導入した。図１１中、システムの定常作動時に温度センサで計測された各箇所の温度を記載している。
【００４４】
排気燃料は、予備改質された燃料との熱交換により温度が低下し、その７０％をブリッシ熱交換器に続き配置されたブロワで引き込み、ブリッシ熱交換器を流通させ、原燃料（都市ガス）と混合した。残り３０％の排気燃料は、熱交換器の酸化触媒層で燃焼した。一方、空気ブロワからの空気は、当該残り３０％の排気燃料と排気空気との燃焼ガスと熱交換し、さらに排気空気と熱交換して７０２℃まで加温してＳＯＦＣの空気極に導入した。
【００４５】
以上運転を何らの支障無く続けることができた。このように、本発明によれば、ＳＯＦＣシステムにおいて、従来におけるエジェクタに代えて、ブロワ、ファンまたはポンプを用いることにより、何らの支障無く運転を続けることができる。また、図１１のシステムにおいて、ＳＯＦＣについて２０％から１００％未満の部分負荷運転を行っても同様であった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、利用済み燃料をリサイクルさせるための駆動源としてブロワ、ファンまたはポンプを用いることにより、背圧あるいは負荷変動に依存せずに利用済み燃料のリサイクル率を制御できる。また、ブロワ、ファンまたはポンプとともに、利用済み燃料を冷却するブリッシ熱交換器等の熱交換器を用いることにより、より低温位置にブロワ、ファンまたはポンプを配置し、その耐熱性を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＦＣの構成を原理的に示す図
【図２】円筒型ＳＯＦＣの構成例の概略を示す図
【図３】平板型ＳＯＦＣの構成例の概略を示す図
【図４】利用済み燃料をリサイクルするタイプのＳＯＦＣの概略を示す図
【図５】本発明（Ａ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図
【図６】本発明（Ａ）のＳＯＦＣシステムにおいて、利用済み燃料をブロワ、ファンまたはポンプに吸引する前に冷却して通常の汎用のブロワ、ファンまたはポンプを用いるようにする態様を説明する図
【図７】本発明（Ｂ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図
【図８】本発明（Ｃ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図
【図９】本発明（Ｄ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図
【図１０】本発明（Ｅ）のＳＯＦＣシステムの態様を説明する図
【図１１】実施例におけるシステム構成を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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