(57)【要約】【課題】従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などの水の浄化法を適用する必要なしに、固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて必要な水を浄化して供給することができる水供給方法及びそのためのシステムを得る。【解決手段】固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池の燃料極に供給する。また、該モジュールにおいて必要な水としてモジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して抽出した水を利用する。【選択図】図２
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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モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項３】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項４】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項５】
請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種または二種以上により行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記水を蒸発する前に、水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理の一種または二種以上により浄化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項７】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項８】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス及び両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項９】
請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１１】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水とし、原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記抽出水を蒸発して生成した水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出するに際して、その冷却を▲１▼ヒートパイプと空気ファンによる冷却、▲２▼ヒートパイプと空気ブロワによる冷却、▲３▼ヒートパイプと空気ポンプによる冷却、▲４▼ヒートパイプと水による冷却または▲５▼水による冷却で行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記水を抽出した後の該抽出水を、活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、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固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。
【請求項１６】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極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モジュールへの水供給システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御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モジュールへの水供給システム。
【請求項１８】
請求項１６に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御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モジュールへの水供給システム。
【請求項１９】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極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モジュールへの水供給システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記生成水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種または二種以上により行う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モジュールへの水供給システム。
【請求項２１】
請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記水を蒸発する前に、水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理の一種または二種以上により浄化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モジュールへの水供給システム。
【請求項２２】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極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モジュールへの水供給システム。
【請求項２３】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス及び両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極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モジュールへの水供給システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御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モジュールへの水供給システム。
【請求項２５】
請求項２３に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御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モジュールへの水供給システム。
【請求項２６】
固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極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モジュールへの水供給システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記抽出水を蒸発して生成した水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行う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モジュールへの水供給システム。
【請求項２８】
請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出するに際して、その冷却を▲１▼ヒートパイプと空気ファンによる冷却、▲２▼ヒートパイプと空気ブロワによる冷却、▲３▼ヒートパイプと空気ポンプによる冷却、▲４▼ヒートパイプと水による冷却または▲５▼水による冷却で行う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モジュールへの水供給システム。
【請求項２９】
請求項２２〜２８のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記水を抽出した後の該抽出水を、活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化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モジュールへの水供給システム。
【請求項３０】
請求項１６〜２９のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、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固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。
【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モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムに関し、より具体的には水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給する方法及びそのためのシステムに関する。
【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℃程度と高いが、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ものも開発されている。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。単電池一個の電圧は低いため、通常、単電池を複数層直列に積層して構成される。
【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、未利用の水蒸気、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。
【０００４】
ところで、ＳＯＦＣにおいては、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が燃料となり、電気化学反応に寄与する。このため、都市ガス、ＬＰＧ等の炭化水素を原燃料とする場合、原燃料を水素や一酸化炭素に改質して用いられる。炭化水素のうち、メタンは、ＳＯＦＣの燃料極におけるＮｉ等の触媒で内部改質されて水素や一酸化炭素となりＳＯＦＣの燃料として利用される。
【０００５】
しかし、原燃料に、メタン以外の炭化水素、すなわちエタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数Ｃ２以上の炭化水素が含まれていると、ＳＯＦＣへの配管や燃料極で炭素が析出する。配管に炭素が析出すると流路を狭め、あるいは流路を閉塞してしまい、燃料極で炭素が析出すると電気化学反応を阻害して電池性能を劣化させてしまう。炭素数Ｃ２以上の炭化水素に起因するこれらの問題は、長期間、繰り返し作動して使用するＳＯＦＣにおいて致命的となる。
【０００６】
都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、あるいは灯油などにはメタン以外の炭化水素、すなわち炭素数Ｃ２以上の炭化水素が含まれている。例えば都市ガス（１３Ａ）の場合、その組成の一例として、メタン８８．５％、エタン４．６％、プロパン５．４％、ブタン１．５％（％はｖｏｌ％、以下同じ）が含まれており、主成分であるメタンに加え、炭素数Ｃ２〜Ｃ４の炭化水素が約１１．５％も含まれている。
【０００７】
このため、これらをＳＯＦＣの燃料とするには、それら炭素数Ｃ２以上の炭化水素を改質し、Ｃ２以上の炭化水素をメタン、水素、一酸化炭素に変えて、除去しておく必要がある。この改質には通常水蒸気改質法が用いられる。水蒸気改質法は、炭化水素等の原燃料の水蒸気による改質反応により水素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスを製造する技術であり、原燃料のほか水蒸気が必要である。
【０００８】
ＳＯＦＣで用いられる水に不純物が含まれているとＳＯＦＣの運転に支障を来たしてしまうので、ＳＯＦＣへの供給水は可及的に高純度である必要がある。水中の全体の不純物量は導電率で示されるが、表１は水道水、燃料極オフガスのドレイン水のほか、蒸留等による処理水の導電率を比較したものである。表１のとおり、導電率は、水道水で２７０μＳ／ｃｍであるが、ＳＯＦＣの燃料極オフガスのドレイン水で３４．６μＳ／ｃｍ、蒸留水で２．６９μＳ／ｃｍ、活性炭／イオン交換樹脂／蒸留の三つの浄化処理を経た水で１．８０μＳ／ｃｍである。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
水道水等の市水は不純物を含むため、これをＳＯＦＣで用いるには高純度に浄化する必要がある。水の浄化法には、イオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などがあるが、水道水等の市水をＳＯＦＣで用いる場合には、図１に示すように、活性炭／イオン交換樹脂／蒸留の三つの浄化処理で浄化される。しかし、これら浄化法を適用する場合には、そのための設備が必要となり、またこれらの方法を実施する装置では、いずれ性能低下を来たすという問題もある。また、燃料極オフガスから回収した水の純度は比較的高いが、必要に応じてさらに高純度に浄化する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固体酸化物形燃料電池モジュールからの排ガス、すなわち燃料極オフガス及び空気極オフガスを利用することにより、上記のような水の浄化法を適用する必要なしに、固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて必要な水を浄化して固体酸化物形燃料電池モジュールに供給する方法及びそのためのシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は（Ａ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１３】
本発明は（Ｂ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１４】
本発明は（Ｃ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１５】
本発明は（Ｄ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１６】
本発明は（Ｅ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。前記発明（Ｄ）においては、該抽出水を蒸発した生成水蒸気を原燃料に混合するが、本発明（Ｅ）では、該生成水蒸気をさらに冷却して得られる蒸留水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〈本発明（Ａ）の態様〉
本発明（Ａ）は、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合してＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給することを特徴とする。ここで、該生成水蒸気と原燃料の流量を制御することによりＳ／Ｃ比を制御することができる。また、これに代えて、該生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御することもできる。
【００１８】
図２は本発明（Ａ）の態様例を示す図である。図２のとおり、蒸発器兼原燃料混合器を用いる。ＳＯＦＣモジュールからの排気ガス、すなわち燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発する。そして、生成水蒸気を直かに都市ガス等の原燃料に混合し、加湿原燃料としてＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給する。本発明（Ａ）によれば、装置の構成としても簡単であり、しかも水ポンプも不要である。また、生成水蒸気と原燃料の流量を制御するだけでＳ／Ｃ比を制御することができる。
【００１９】
ＳＯＦＣで用いられる水に不純物が含まれているとＳＯＦＣの運転に支障を来たしてしまうが、本発明（Ａ）によれば、水からの蒸発成分だけを原燃料に混合するので不純物が少なく、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがない。また、本発明（Ａ）によれば、従来のように活性炭等による吸着法、イオン交換膜法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００２０】
〈本発明（Ｂ）の態様〉
本発明（Ｂ）は、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする。その際、該蒸留水の流量を水ポンプによりＳ／Ｃ比を制御して原燃料と混合することができる。
【００２１】
上記生成水蒸気の冷却は▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる空気等の流体の吹きつけによる冷却、▲６▼ブロワによる空気等の流体の吹きつけによる冷却、▲７▼ポンプによる空気等の流体の吹きつけによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うことができる。
【００２２】
本発明（Ｂ）においても、本発明（Ａ）の場合と同様の効果が得られる。すなわち、本発明（Ｂ）によれば、水からの蒸発成分だけを冷却して蒸留水として原燃料に混合するので、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがない。また、本発明（Ｂ）によれば、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００２３】
ここで、本発明（Ａ）〜（Ｂ）のＳＯＦＣモジュールへの水供給方法及びシステムにおいては、これら発明（Ａ）〜（Ｂ）の構成を前提として、それら浄化法を補足的に利用してもよい。すなわち、本発明（Ａ）〜（Ｂ）において、前記水を蒸発する前に、水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化しておくことにより、本発明（Ａ）〜（Ｂ）の発明で得られる水をさらに高純度にすることができる。
【００２４】
〈本発明（Ｃ）の態様〉
本発明（Ｃ）は、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合してＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給することを特徴とする。本発明（Ｃ）においては、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水は不純物の量が少ないので、これを原燃料に混合して利用する。ここで、該生成水蒸気と原燃料の流量を制御することによりＳ／Ｃ比を制御することができる。また、これに代えて、該生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御してもよい。
【００２５】
本発明者らによる実機ＳＯＦＣモジュールについての実測値によると、例えば、原燃料として、組成がメタン＝８８．５％、エタン＝４．６％、プロパン＝５．４％、ブタン＝１．５％の都市ガス（１３Ａ）を用いた実機ＳＯＦＣモジュールから排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを燃焼させた燃焼排ガスの組成は、Ｈ２Ｏ（水蒸気）＝６．８５％、Ｎ２＝７６．３％、Ｏ２＝１３．１％、ＣＯ２＝３．７４％である。本発明（Ｃ）においては、そのように水蒸気を含む燃焼排ガスを冷却して水を抽出する。
【００２６】
図３は本発明（Ｃ）の態様例を示す図である。図３のとおり、ＳＯＦＣモジュールから燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合してＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給する。燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスからの水の抽出は、該燃料極オフガスまたは燃焼排ガスの▲１▼ヒートパイプと空気ファンによる冷却、▲２▼ヒートパイプと空気ブロワによる冷却、▲３▼ヒートパイプと空気ポンプによる冷却、▲４▼ヒートパイプと水による冷却、または▲５▼水による冷却により行うことができる。この点、本発明（Ｄ）についても同様である。
【００２７】
本発明（Ｃ）においても、本発明（Ａ）〜（Ｂ）の場合と同様の効果が得られる。すなわち、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス、燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して抽出した水は不純物の量が少ないので、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがない。また、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００２８】
〈本発明（Ｄ）の態様〉
本発明（Ｄ）は、固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする。この場合、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御することによりＳ／Ｃ比を制御することができる。これに代えて、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御してもよい。
【００２９】
ＳＯＦＣからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水は不純物の量が少なく、これを蒸発した生成水蒸気もさらに不純物の量が少ないので、本発明（Ｄ）によれば、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがないのに加え、燃料極オフガス及び空気極オフガスはＳＯＦＣモジュールからのガスであるので、熱効率の点でも非常に有効である。また、従来のように活性炭等による吸着法、イオン交換膜法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００３０】
〈本発明（Ｅ）の態様〉
本発明（Ｅ）は、ＳＯＦＣからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸留し、該蒸留水を原燃料に混合してＳＯＦＣの燃料極に供給することを特徴とする。
【００３１】
前記本発明（Ｃ）ではＳＯＦＣからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水をそのまま利用するが、本発明（Ｅ）においては、該抽出水をさらに蒸留して利用する。すなわち、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発した後、生成水蒸気を冷却し、得られた蒸留水を利用するものである。該生成水蒸気の冷却は、▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる流体（空気等）の吹きつけによる冷却、▲６▼ブロワによる流体（空気等）の吹きつけによる冷却、▲７▼ポンプによる流体（空気等）の吹きつけによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うことができる。
【００３２】
本発明（Ｅ）においても、本発明（Ａ）〜（Ｄ）の場合と同様の効果が得られる。すなわち、ＳＯＦＣからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水は不純物の量が少ないが、本発明（Ｅ）では、該抽出水をさらに蒸留して高純度にして利用するので、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがないのに加え、燃料極オフガス及び空気極オフガスはＳＯＦＣモジュールからのガスであるので、熱効率の点でも非常に有効である。また、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００３３】
ここで、本発明（Ｃ）〜（Ｅ）のＳＯＦＣモジュールへの水供給方法及びシステムにおいては、これら発明（Ｃ）〜（Ｅ）の構成を前提として、それら浄化法を補足的に利用してもよい。すなわち、本発明（Ｃ）〜（Ｅ）において、前記水を抽出した後、該抽出水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化しておくことにより、本発明（Ｃ）〜（Ｅ）の発明で得られる水をさらに高純度にすることができる。
【００３４】
本発明におけるＳＯＦＣモジュールに供給する原燃料としては、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（メチルアルコール、エチルアルコール等）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）などが用いられる。
【００３５】
【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。本実施例は図２に示す態様で実施した。
【００３６】
実機ＳＯＦＣモジュール（発電電力＝６３００Ｗ、電流密度＝０．３Ａ／ｃｍ２）からの燃料極オフガスと空気極オフガスを燃焼した燃焼排ガスを加熱源として水道水を蒸発した。蒸発器兼原燃料混合器の水面上に、原燃料として都市ガス１３Ａ（メタン８８．５％、エタン４．６％、プロパン５．４％、ブタン１．５％、脱硫済み）を流量１４．９７ＮＬＭ（ＮＬＭ＝Ｎｏｒｍａｌ  Ｌｉｔｅｒ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅ）で導入した。８５．４℃に加温した飽和水蒸気に直かに混合した。このように原燃料流量、加温温度を制御することによりＳ／Ｃ比（モル）が２．０の混合ガスが得られた。この混合ガスを実機ＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給して運転したところ、長期間にわたり何らの支障なく運転を続けることができた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給する水について必要な水の浄化に、ＳＯＦＣモジュールからの排ガス、すなわち燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両者の燃焼排ガスを利用することにより、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要なしに、ＳＯＦＣモジュールにおいて必要な水を浄化して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＳＯＦＣで用いる水の浄化法を示す図
【図２】本発明（Ａ）の態様例を示す図
【図３】本発明（Ｃ）の態様例を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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